Recordbrekende kwantumversleuteling via microsatellieten bereikt

Een nieuw tijdperk voor kwantumversleuteling

Encryption of transmitted data is an ever-growing concern as more and more critical functions are dependent on safe and secure data links. In the context of military, diplomatic, or even business data, secure does not only mean ensuring that no one accesses the data but also to be able to know if any third party is even trying to eavesdrop.

Dit is precies waarvoor kwantumversleuteling is ontworpen, waarbij elke interferentie automatisch wordt gedetecteerd dankzij de fundamentele regels van de kwantumfysica (zie hieronder).

Het beheren van de langeafstandstransmissie van kwantumversleuteling is echter historisch gezien uitdagend geweest, waardoor de bruikbaarheid van de technologie beperkt werd.

Dit lijkt nu een probleem van het verleden te zijn, aangezien Chinese onderzoekers erin geslaagd zijn een kwantumsatellietverbinding van 12.900 km (8.000 mijl) tussen China en Zuid‑Afrika te realiseren.

Deze prestatie werd bereikt door een grootschalige samenwerking waarbij onderzoekers van het Hefei National Laboratory, de Chinese Academie van Wetenschappen, het Jinan Institute of Quantum Technology, het Beijing Electronics Science and Technology Institute, Stellenbosch University (Zuid‑Afrika), CAS Quantum Network Co. Ltd en Quantum CTek Co. Ltd werden samengebracht.

Deze resultaten werden gepubliceerd in Nature¹, onder de titel “Microsatellite-based real-time quantum key distribution”.

Kwantumversleuteling uitgelegd

Quantum encryption, or quantum key distribution (QKD), is not an encryption that relies on quantum computing capacities (this would be called quantum cryptography).

Wat kwantumversleuteling doet, is het genereren van versleutelingssleutels om vertrouwelijkheid te bieden, waarbij enkele fotonen worden gebruikt om de sleutels over te dragen en te coderen.

Wat de techniek uniek maakt, is dat enkele fotonen niet kunnen worden onderschept, gekopieerd of gemeten zonder hun kwantumtoestand te wijzigen. Het is absoluut onmogelijk om dit te veranderen, aangezien een harde regel stelt dat observatie van kwantumdeeltjes hun kenmerken zal veranderen.

Bron: Quside

Als gevolg hiervan kunnen de twee communicerende gebruikers er zeker van zijn dat niemand zelfs maar probeert de sleutel te benaderen, laat staan dat iemand erin slaagt.

Dit maakt de techniek een zeer krachtige optie voor belangrijke beveiligde datatransmissies, vooral voor nationale veiligheidsdoeleinden.

Dit is geen nieuw idee, aangezien het concept gebaseerd is op werk uit 1984, maar het wordt nu pas op grote schaal ingezet. De methode draagt niet daadwerkelijk data over, maar is slechts de sleutel om data die via gewone middelen worden verzonden te ontsleutelen.

(Vorige) beperkingen van kwantumversleuteling

Tot nu toe vereiste kwantumversleuteling een zeer uitgebreid geheel van toegewijde infrastructuur, met speciale optische vezels.

Dit is een domein waarin China vooroploopt, met een 2.000 km lang terrestrisch, op vezels gebaseerd kwantumnetwerk dat 32 vertrouwde knooppunten verbindt in grote steden, van Peking tot Shanghai. Dit eerdere project werd uitgevoerd onder leiding van de gerenommeerde kwantumfysicus Prof. Jian‑Wei Pan, een van de leiders van deze nieuwste ontwikkeling in kwantumversleuteling.

Deze aanpak verschilt radicaal van de Amerikaanse, waarbij de NSA de voorkeur geeft aan alternatieve technologieën.

De NSA beschouwt kwantum‑resistente (of post‑kwantum) cryptografie als een kosteneffectievere en gemakkelijker te onderhouden oplossing dan quantum key distribution. Om al deze redenen ondersteunt de NSA het gebruik van QKD of QC niet om communicatie in National Security Systems te beschermen en verwacht geen certificering of goedkeuring van QKD‑ of QC‑beveiligingsproducten voor gebruik door NSS‑klanten, tenzij deze beperkingen worden overwonnen.

Over het algemeen is kwantumversleuteling sterk hardware‑gebaseerd en inflexibel, en kan het niet worden geïmplementeerd in software of als een dienst op een netwerk. Dit maakt ook de integratie in andere netwerken of upgrades moeilijk.

Kwantumversleuteling naar de ruimte verplaatsen

Bouwen op eerdere inspanningen

Deze beperking, gekoppeld aan het optische vezelnetwerk, een massief infrastructuurproject, wordt opgeheven door in plaats daarvan over te stappen op satelliet‑gebaseerde kwantumversleuteling.

De eerste stap was een experimentele opstelling van het project Quantum Experiments at Space Scale (QUESS). Het omvatte de satelliet Micius (Chinees: 墨子), in samenwerking met de Universiteit van Wenen.

Micius beheerde eerder 7.600 km aan satelliet‑gebaseerde intercontinentale kwantumverbindingen, met behulp van een lasercommunicatie‑experiment op de Chinese Tiangong‑2 ruimtelaboratoriummodule (het Chinese ruimtestation).

Dit was een goede manier om aan te tonen dat het concept zelfs mogelijk was. Echter, dit prototype heeft nog niet bewezen dat het kan worden gerealiseerd met de elementen die nodig zijn voor een praktische inzet: kleine, lichtgewicht satellieten, draagbare grondstations en realtime veilige sleuteluitwisseling.

De Zuid‑Afrikaanse kant van deze studie werd geleid door Prof. Francesco Petruccione, die een van ’s werelds eerste glasvezel‑kwantumcommunicatienetwerken ontwikkelde in Durban, Zuid‑Afrika.

Bron: Stellenbosch University

“Deze succesvolle demonstratie van kwantumsatelliettechnologie positioneert Zuid‑Afrika stevig als een belangrijke speler in het snel evoluerende wereldwijde kwantumtechnologie‑ecosysteem.

Prof. Francesco Petruccione

Het voordeel van satellietcommunicatie

Het grootste voordeel van het gebruik van satellieten voor dit soort versleutelde communicatie is dat het niet afhankelijk is van een bestaand en toegewijd optisch vezelnetwerk.

Dit maakt het mogelijk het systeem breed uit te rollen in plaats van het te beperken tot een duur en uitsluitend nationaal systeem van glasvezels.

Een extra bonus is dat deze technologische prestatie werd bereikt met alleen microsatellieten met een lading van slechts 23 kg (50 pond). Ter referentie: de relatief kleine Starlink‑satellieten wegen elk 800 kg (1.760 pond).

Bron: Reuters 

Dus het zou zeer eenvoudig zijn om een enorme constellatie van deze apparaten te lanceren zonder veel orbitale lanceringen.

Het draagbare grondstation weegt ongeveer 100 kilogram, waardoor het gemakkelijk te transporteren en overal te implementeren is.

Beperkingen van satellietcommunicatie

Omdat de communicatie afhankelijk is van fotonen, is deze sterk afhankelijk van de weersomstandigheden. Bewolkte dagen, of zelfs wanneer de satelliet met de zon is uitgelijnd, kunnen het proces belemmeren.

Dus waarschijnlijk is dit geen technologie die onder alle omstandigheden continu kan worden gebruikt. Het blijft echter een indrukwekkende prestatie. En mogelijk is het gebruik van fotonen op andere frequenties die minder door het weer worden beïnvloed (zoals microgolven) een logische volgende stap om te implementeren.

Hoe goed werkte het?

De klimaatinvloed van deze technologie was een van de redenen om voor Stellenbosch te kiezen, vanwege de ideale omgevingscondities met heldere luchten en lage luchtvochtigheid. Onder deze omstandigheden werd tijdens één satellietpassage tot 1,07 miljoen bits aan veilige sleutels gedeeld.

De communicatie was ook bidirectioneel, waardoor realtime veilige communicatie mogelijk was. Dit is dus een succes dat alle eerdere beperkingen van het Micius‑prototype heeft opgelost, inclusief het gewicht van de satelliet en het station, en nuttige realtime uitwisselingen mogelijk maakt.

Een ander aspect dat het systeem aantoont, is dat het een eenmalige pad‑versleuteling van afbeeldingen kan overdragen. Dus zelfs als de kwantumversleuteling later niet kan worden overgedragen, bijvoorbeeld bij slecht weer, kan de data nog steeds worden ontsleuteld zodra de sleutel is overgedragen, ondanks de afstand van 12.900 kilometer.

Toepassingen

De eerste toepassingen zullen waarschijnlijk gericht zijn op nationale veiligheid en militaire toepassingen, aangezien deze de belangrijkste afnemers zijn van onbreekbare, hoogbeveiligde versleutelingsdiensten.

Dit zou echter niet het eindpunt van deze technologie moeten zijn. Een grote constellatie van satellieten zou ook de overdracht van versleutelingssleutels voor commerciële gebruikers kunnen uitvoeren. Dit kan onder meer technologiebedrijven, financiële instellingen, crypto‑beurzen, enzovoort omvatten.

Dit niveau van beveiliging zal echter voorlopig waarschijnlijk niet door de meeste internetgebruikers worden gebruikt, aangezien het nog steeds zeer technisch en duurder is dan andere versleutelingsmethoden.

De markt voor kwantumversleuteling wordt verwacht met een verbazingwekkende 38,3 % te groeien van 2024 tot 2030, van $518 miljoen.

Bron: Grand View Research

Over het geheel genomen betekent dit dat er binnenkort een nieuwe en alomtegenwoordige laag van ruimte‑telecommunicatie kan worden toegevoegd, niet een breedband‑internet zoals Starlink, maar punt‑naar‑punt, onkraakbare beveiligde versleuteling.

Aangezien dit netwerk alleen de versleutelingssleutel overdraagt en niet de feitelijke data, kan het een krachtige manier zijn om de veiligheid van versleuteling van satelliettelecommunicatie te verbeteren.

De volgende stap zal ook het testen van geostationaire satellieten zijn, aangezien dit de overdrachtssnelheid van versleutelingssleutels radicaal zou verbeteren.

Op de lange termijn zou dit ook logischer zijn voor een commercieel systeem, aangezien ultra‑lage latentie gekoppeld aan een lage‑aarde‑baan niet zo noodzakelijk is voor kwantumversleuteling.

Kwantumversleutelingsbedrijf

Arqit is een leverancier van een “quantum‑safe symmetrisch sleutelovereenkomst‑versleutelingsplatform”.

In eenvoudigere bewoordingen, apparaten die versleuteling bieden die veilig is tegen de voortgang van kwantumcomputing.

De producten van het bedrijf zijn conform de NSA‑normen, evenals vele andere cyberbeveiligings‑ en cryptografische normen.

De klanten van Arqit omvatten de meeste grote cyberbeveiligings‑ en netwerkbedrijven, waaronder Fortinet (FTNT ), Juniper Network, Intel (INTC ), Adtran, enzovoort.

De bijbehorende software kan worden geïntegreerd met de meeste OEM‑ (Original Equipment Manufacturer) leveranciers en is cloud‑gebaseerd.

Bron: Arquit

Deze technologie wordt door de industrie erkend als een leider in versleutelingskwaliteit, en heeft de National Cyber Awards en de Cyber Security Software Company of the Year Award gewonnen bij de Cyber Security Awards. Daarnaast won het de CTO Outstanding Technology Award voor een veilige 5G‑oplossing op de Mobile World Congress.

Ondanks een indrukwekkende lijst van klanten, partners en prijzen, is Arqit nog steeds een relatief nieuw bedrijf, met slechts $293.000 aan omzet in 2024.

Dit weerspiegelt echter niet de werkelijke waarde van het bedrijf, aangezien het contracten in de tientallen miljoenen verwacht van overheids- en particuliere bedrijven in de nabije toekomst:

De meeste contracten waren beperkte licenties voor demonstratie- en integratietests van de symmetrische sleutelovereenkomst‑software van Arqit.

Zoals eerder aangekondigd, kreeg Arqit een meerjarig enterprise‑licentiecontract in de EMEA‑regio voor een overheidsgebruiker, waarvan wordt verwacht dat het in totaal een zevencijferige jaarlijkse terugkerende omzet oplevert. Voor het einde van het fiscale jaar 2024 werd het contract afgerond. De omzetgeneratie wordt verwacht te beginnen in de huidige fiscale periode.

Evenzo lanceerde Sparkle in 2024Network as a Service (NaaS) Product Suite met Quantum‑Safe via Internet, gebruikmakend van Arqit‑producten.

Samen met een kaspositie van $18,7 M aan het einde van 2024, plaatsen de aankomende contracten Arqit in een positie om binnenkort van zijn status als pre‑revenue startup te evolueren, wat zijn 9‑cijferige waardering rechtvaardigt.

Laatste nieuws over Arqit Quantum Inc.

Studieverwijzing:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Microsatellite-based real-time quantum key distribution. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}