Rekordbrytende kvantekrypteringslink gjennom mikrosatellitter oppnådd

En ny æra for kvantekryptering

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.

Dette er noe kvantekryptering er spesielt designet for å gjøre, med enhver interferens automatisk oppdaget takket være de grunnleggende reglene i kvantefysikken (se nedenfor).

Imidlertid har håndtering av langdistanseoverføring av kvantekryptering historisk vært utfordrende, noe som har begrenset teknologiens nytteverdi.

Dette ser tydeligvis ut til å være et problem fra fortiden, ettersom kinesiske forskere har klart å opprette en 12 900 km (8 000 miles) kvantesatellittlink mellom Kina og Sør‑Afrika.

Denne prestasjonen ble oppnådd gjennom en omfattende samarbeidsinnsats som samlet forskere ved Hefei National Laboratory, Chinese Academy of Sciences, Jinan Institute of Quantum Technology, Beijing Electronics Science and Technology Institute, Stellenbosch University (Sør‑Afrika), CAS Quantum Network Co. Ltd, og Quantum CTek Co. Ltd.

Disse resultatene ble publisert i Nature¹, under tittelen “Microsatellite-basert sanntids kvante‑nøkkeldistribusjon”.

Forklaring av kvantekryptering

Kvantekryptering, eller kvante‑nøkkeldistribusjon (QKD), er ikke en kryptering som er avhengig av kvantedatamaskinkapasitet (dette ville bli kalt kvantekryptografi).

Hva kvantekryptering gjør er å generere krypteringsnøkler for å sikre konfidensialitet, ved å bruke enkeltfotoner til å overføre og kode nøklene.

Det som gjør teknikken unik er at enkeltfotoner ikke kan avlyttes, kopieres eller måles uten å endre deres kvantetilstander. Det er absolutt umulig å endre, da det er en streng regel at observasjon av kvantepartikler vil føre til at deres egenskaper endres.

Kilde: Quside

Som et resultat er det sikkert for de to kommuniserende brukerne å være trygge på at ingen i det hele tatt prøver å få tilgang til nøkkelen, og enda mindre har lykkes i å gjøre det.

Dette gjør teknikken til et svært kraftig alternativ for viktige sikre datatransmisjoner, spesielt for nasjonale sikkerhetsformål.

Dette er ikke en ny idé, da konseptet er basert på arbeid fra 1984, men det blir først nå implementert i stor skala. Metoden overfører faktisk ikke data, men er kun nøkkelen for å dekryptere data som overføres på vanlige måter.

(Tidligere) begrensninger for kvantekryptering

Inntil nå krevde kvantekryptering et svært omfattende sett med dedikert infrastruktur, med dedikerte optiske fiber.

Dette er et område hvor Kina leder, med et 2 000 km terrestrisk fiberbasert kvantenettverk som kobler 32 pålitelige noder på tvers av store byer, fra Beijing til Shanghai. Dette tidligere prosjektet ble gjennomført under veiledning av den anerkjente kvantefysikeren Prof. Jian‑Wei Pan, en av lederne for denne siste utviklingen innen kvantekryptering.

Denne tilnærmingen avviker radikalt fra den amerikanske, med NSA som foretrekker alternative teknologier.

NSA ser på kvante‑resistent (eller post‑kvante) kryptografi som en mer kostnadseffektiv og lett vedlikeholdt løsning enn kvante‑nøkkeldistribusjon. Av alle disse årsakene støtter ikke NSA bruken av QKD eller QC for å beskytte kommunikasjon i nasjonale sikkerhetssystemer, og forventer ikke å sertifisere eller godkjenne noen QKD‑ eller QC‑sikkerhetsprodukter for bruk av NSS‑kunder med mindre disse begrensningene blir overvunnet.

Alt i alt er kvantekryptering sterkt maskinvarebasert og lite fleksibel, og kan ikke implementeres i programvare eller som en tjeneste på et nettverk. Dette gjør også integrasjonen i andre nettverk eller oppgraderinger vanskelig.

Flytting av kvantekryptering til rommet

Bygge på tidligere innsats

Denne begrensningen knyttet til optisk fibernettverk, et massivt infrastrukturprosjekt, blir løftet ved å gå over til satellittbasert kvantekryptering i stedet.

Det første steget var et eksperimentelt oppsett fra prosjektet Quantum Experiments at Space Scale (QUESS). Det inkluderte satellitten Micius (Chinese: 墨子), i samarbeid med Universitetet i Wien.

Micius hadde tidligere håndtert 7 600 km av satellittbaserte interkontinentale kvanteforbindelser, med bistand fra et laserkommunikasjonsforsøk på den kinesiske Tiangong-2 romlaboratoriemodulen (den kinesiske romstasjonen).

Dette var en god måte å demonstrere at konseptet faktisk var mulig. Imidlertid har denne prototypen ennå ikke bevist at det kan gjøres med elementene som trengs for en praktisk utrulling: små, lettvektige satellitter, bærbare bakkestasjoner og sanntids sikker nøkkelutveksling.

Den sørafrikanske delen av denne studien ble ledet av Pr. Francesco Petruccione, som utviklet et av verdens første fiberoptiske kvantekommunikasjonsnettverk i Durban, Sør‑Afrika.

Kilde: Stellenbosch University

“Denne vellykkede demonstrasjonen av kvantesatellitteknologi plasserer Sør‑Afrika solid som en betydelig aktør i det raskt utviklende globale kvanteteknologiske økosystemet.

Pr. Francesco Petruccione

Fordelen med satellittkommunikasjon

Den største fordelen med å bruke satellitter for denne typen kryptert kommunikasjon er at den ikke er avhengig av et eksisterende og dedikert optisk fibernettverk.

Dette gjør at systemet kan distribueres bredt i stedet for kun å være begrenset til et dyrt og kun innenlandsk system av optiske fiber.

En ekstra bonus er at denne teknologiske bragden ble oppnådd ved kun å bruke mikrosatellitter med en nyttelast på kun 23 kg (50 pund). Til sammenligning veier de relativt små Starlink‑satellittene 800 kg (1 760 pund) hver.

Kilde: Reuters 

Dermed ville det være svært enkelt å distribuere en massiv konstellasjon av disse enhetene uten mange orbitaloppstarter.

Den bærbare bakkestasjonen veier omtrent 100 kilogram, noe som gjør den enkel å transportere og implementere hvor som helst.

Begrensninger ved satellittkommunikasjon

Fordi kommunikasjonen er avhengig av fotoner, er den svært avhengig av værforhold. Skyete dager, eller selv når satellitten er justert med solen, kan hindre prosessen.

Så sannsynligvis er dette ikke en teknologi som kan brukes under alle forhold hele tiden. Det er likevel en imponerende prestasjon. Og potensielt kan bruk av fotoner i andre frekvenser som er mindre påvirket av været (som mikrobølger) være et logisk neste steg å implementere.

Hvor godt fungerte det?

Klimaeffekten av denne teknologien var en av grunnene til å velge Stellenbosch, med sine ideelle miljøforhold med klare himmel og lav luftfuktighet. Under disse forholdene ble deling av opptil 1,07 millioner bits med sikre nøkler oppnådd under en enkelt satellittpassering.

Kommunikasjonen var også toveis, noe som tillot sikker kommunikasjon i sanntid. Så dette er en suksess som løste alle de tidligere begrensningene ved Micius‑prototypen, inkludert vekten på satellitten og stasjonen, samt nyttige sanntidsutvekslinger.

En annen ting systemet demonstrerer er at det kan overføre engangspads‑kryptering av bilder. Så selv om kvantekryptering på et senere tidspunkt ikke kan overføres, for eksempel ved dårlig vær, kan data fortsatt dekrypteres når nøkkelen er overført, til tross for avstanden på 12 900 kilometer.

Applikasjoner

De første bruksområdene er sannsynligvis for nasjonal sikkerhet og militære anvendelser, da disse er de fremste forbrukerne av uknuselige, høysikrede krypteringstjenester.

Dette bør imidlertid ikke være sluttpunktet for denne teknologien. En stor konstellasjon av satellitter kan også utføre overføring av krypteringsnøkler for kommersielle brukere. Dette kan inkludere teknologiselskaper, finansinstitusjoner, kryptobørser osv.

Imidlertid er dette sikkerhetsnivået foreløpig usannsynlig å bli brukt av de fleste internettbrukere, da det fortsatt vil være svært teknisk og dyrere enn andre krypteringsmetoder.

Markedet for kvantekryptering forventes å vokse med en imponerende 38,3 % fra 2024 til 2030, fra 518 millioner dollar.

Kilde: Grand View Research

Alt i alt betyr dette at et nytt og allestedsnærværende lag av romtelekommunikasjon kan legges til snart, ikke som bredbåndsinternett som Starlink, men som punkt‑til‑punkt, umulig å spionere på sikker kryptering.

Ettersom dette nettverket kun overfører krypteringsnøkkelen, ikke faktiske data, kan det være en kraftig måte å forbedre sikkerheten i kryptering av satellitttelekommunikasjon.

Det neste steget vil også være testing av geostasjonære satellitter, da dette vil radikalt forbedre overføringshastigheten for krypteringsnøkler.

Det vil også gi mer mening på lang sikt for et kommersielt system, da ultra‑lav latens knyttet til lav jordbane ikke er så nødvendig for kvantekryptering.

Kvantekrypteringsselskap

Arqit Quantum Inc

Arqit er en leverandør av en «kvante‑sikker symmetrisk nøkkelavtale krypteringsplattform».

Enklere sagt, enheter som gir kryptering som er sikker mot fremgang innen kvantedatabehandling.

Selskapets produkter er i samsvar med NSA‑standarder, samt mange andre cybersikkerhets‑ og kryptografiske standarder.

Arqits kunder inkluderer de fleste av de største cybersikkerhets‑ og nettverksselskapene, inkludert Fortinet, Juniper Network, Intel, Adtran osv.

Den tilhørende programvaren kan integreres med de fleste OEM‑leverandører (Original Equipment Manufacturer) og er skybasert.

Kilde: Arquit

Denne teknologien er anerkjent i bransjen som en leder innen krypteringskvalitet, og har vunnet National Cyber Awards og Cyber Security Software Company of the Year Award på Cyber Security Awards. Den vant også CTO Outstanding Technology Award for sikker 5G‑løsning på Mobile World Congress.

Til tross for en imponerende liste av kunder, partnere og priser, er Arqit fortsatt et svært nytt selskap, med kun 293 000 $ i inntekter i 2024.

Dette reflekterer imidlertid ikke selskapets reelle verdi, da det forventer kontrakter i titalls millioner fra regjeringer og private selskaper i nær fremtid:

De fleste kontrakter var begrensede lisenser for demonstrasjon og integrasjonstesting av Arqits symmetriske nøkkelavtaleprogramvare.

Som tidligere kunngjort, ble Arqit tildelt en flerårig bedriftslisenskontrakt i EMEA‑regionen for en offentlig sluttbruker som forventes å gi syvtall i årlig tilbakevendende inntekt totalt. Før slutten av regnskapsåret 2024 ble kontrakten fullført. Inntektsgenerering forventes å starte i den nåværende regnskapsperioden.

På samme måte lanserte Sparkle i 2024Network as a Service (NaaS) Product Suite with Quantum‑Safe over Internet, ved bruk av Arqit‑produkter.

Sammen med en kontantposisjon på 18,7 M$ ved slutten av 2024, vil de kommende kontraktene sette Arqit i en posisjon til snart å utvikle seg fra sin status som en pre‑inntektsoppstart, og rettferdiggjøre sin 9‑sifrede verdivurdering.

Siste nytt om Arqit Quantum Inc.

Studierreferanse:

^{1. Li, Y., Cai, WQ., Ren, JG. et al. Mikrosatellittbasert sanntids kvante‑nøkkeldistribusjon. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08739-z}