Rekordbrytande kvantkrypteringslänk genom mikrosatelliter uppnådd

En ny era för kvantkryptering

Kryptering av överförda data är en ständigt växande oro eftersom allt fler kritiska funktioner är beroende av säkra och trygga datalänkar. I militära, diplomatiska eller till och med affärsmässiga sammanhang betyder säkerhet inte bara att ingen får åtkomst till data, utan även att man kan veta om någon tredje part ens försöker avlyssna.

Detta är något som kvantkryptering specifikt är utformad för att göra, med all interferens automatiskt upptäckt tack vare grundläggande regler inom kvantfysik (se nedan).

Att hantera långdistansöverföring av kvantkryptering har historiskt sett varit en utmaning, vilket har begränsat teknikens användbarhet.

Detta verkar nu vara ett problem från det förflutna, då kinesiska forskare har lyckats skapa en 12 900 km (8 000 miles) kvantsatellitlänk mellan Kina och Sydafrika.

Denna prestation uppnåddes genom ett massivt samarbetsprojekt som samlade forskare vid Hefei National Laboratory, Chinese Academy of Sciences, Jinan Institute of Quantum Technology, Beijing Electronics Science and Technology Institute, Stellenbosch University (Sydafrika), CAS Quantum Network Co. Ltd och Quantum CTek Co. Ltd.

Dessa resultat publicerades i Nature¹, under titeln “Microsatellite-based real-time quantum key distribution”.

Kvantkryptering förklarad

Kvantkryptering, eller quantum key distribution (QKD), är inte en kryptering som bygger på kvantdatorers kapacitet (det skulle kallas quantum cryptography).

Vad kvantkryptering gör är att generera krypteringsnycklar för att säkerställa konfidentialitet, genom att använda enskilda fotoner för att överföra och koda nycklarna.

Det som gör tekniken unik är att enskilda fotoner inte kan avlyssnas, kopieras eller mätas utan att deras kvanttillstånd förändras. Det är absolut omöjligt att förändra, eftersom en grundläggande regel är att observation av kvantpartiklar leder till att deras egenskaper förändras.

Källa: Quside

Som ett resultat är det säkert för de två kommunicerande användarna att vara trygga med att ingen ens försöker få åtkomst till nyckeln, än mindre lyckas göra det.

Detta gör tekniken till ett mycket kraftfullt alternativ för viktiga säkra datatransmissioner, särskilt för nationella säkerhetsändamål.

Detta är ingen ny idé, då konceptet bygger på arbete från 1984, men det har först nu börjat implementeras i stor skala. Metoden överför faktiskt inte data utan är bara nyckeln för att dekryptera data som överförs på vanliga sätt.

(Tidigare) begränsningar för kvantkryptering

Fram till nu krävde kvantkryptering en mycket omfattande uppsättning dedikerad infrastruktur, med dedikerade optiska fibrer.

Detta är ett område där Kina leder, med ett 2 000 km landbaserat fiberbaserat kvantnätverk som kopplar 32 betrodda noder över stora städer, från Peking till Shanghai. Detta tidigare projekt genomfördes under ledning av den framstående kvantfysikern Prof. Jian-Wei Pan, en av ledarna för den senaste utvecklingen inom kvantkryptering.

Detta tillvägagångssätt skiljer sig radikalt från det amerikanska, där NSA föredrar alternativa teknologier.

NSA ser kvantresistent (eller post‑kvant) kryptografi som en mer kostnadseffektiv och lätt underhållen lösning än kvantnyckeldistribution. Av alla dessa skäl stödjer NSA inte användning av QKD eller QC för att skydda kommunikation i National Security Systems och förväntar sig inte att certifiera eller godkänna några QKD‑ eller QC‑säkerhetsprodukter för NSS‑kunder såvida inte dessa begränsningar övervinns.

Sammanfattningsvis är kvantkryptering starkt hårdvarubaserad och oflexibel, och kan inte implementeras i mjukvara eller som en tjänst på ett nätverk. Detta gör även integrationen i andra nätverk eller uppgraderingar svåra.

Flytta kvantkryptering till rymden

Bygga på tidigare insatser

Denna begränsning kopplad till optisk fiberinfrastruktur, ett massivt infrastrukturprojekt, lyfts genom att gå över till satellitbaserad kvantkryptering istället.

Det första steget var en experimentell uppsättning från projektet Quantum Experiments at Space Scale (QUESS). Det inkluderade satelliten Micius (kinesiska: 墨子), i samarbete med University of Vienna.

Micius hanterade tidigare 7 600 km av satellitbaserade interkontinentala kvantlänkar, med stöd av ett laserkommunikationsexperiment på den kinesiska Tiangong‑2‑rymlaboratoriemodulen (den kinesiska rymdstationen).

Det var ett bra sätt att demonstrera att konceptet faktiskt var möjligt. Prototypen har dock ännu inte bevisat att det kan göras med de element som krävs för en praktisk utrullning: små, lätta satelliter, portabla markstationer och realtidsutbyte av säkra nycklar.

Den sydafrikanska delen av studien leddes av Pr. Francesco Petruccione, som utvecklade ett av världens första fiberoptiska kvantkommunikationsnätverk i Durban, Sydafrika.

Källa: Stellenbosch University

“Denna framgångsrika demonstration av kvantsatellitteknik placerar Sydafrika tydligt som en betydande aktör i det snabbt utvecklande globala ekosystemet för kvantteknik.

Pr. Francesco Petruccione

Fördelarna med satellitkommunikation

Den största fördelen med att använda satelliter för denna typ av krypterad kommunikation är att den inte är beroende av ett befintligt och dedikerat optiskt fibernätverk.

Detta möjliggör att systemet kan distribueras brett istället för att vara begränsat till ett dyrt och endast nationellt fibernät.

En extra bonus är att detta tekniska genombrott uppnåddes genom att endast använda mikrosatelliter med en nyttolast på endast 23 kg (50 pund). För jämförelse väger de relativt små Starlink‑satelliterna 800 kg (1 760 pund) vardera.

Källa: Reuters 

Således skulle det vara mycket enkelt att distribuera en massiv konstellation av dessa enheter utan många omloppsbanans uppskjutningar.

Den portabla markstationen väger omkring 100 kilogram, vilket gör den enkel att transportera och implementera var som helst.

Begränsningar för satellitkommunikation

Eftersom kommunikationen är beroende av fotoner är den starkt påverkad av väderförhållanden. Molniga dagar, eller även när satelliten är i linje med solen, kan hindra processen.

Därför är det sannolikt att denna teknik inte kan användas under alla förhållanden hela tiden. Det är ändå en imponerande prestation. Och potentiellt kan användning av fotoner i andra frekvenser som är mindre påverkade av vädret (som mikrovågor) vara ett logiskt nästa steg att implementera.

Hur bra fungerade det?

Klimatpåverkan av denna teknik var en av anledningarna till att välja Stellenbosch, med dess idealiska miljöförhållanden av klar himmel och låg luftfuktighet. Under dessa förhållanden uppnåddes delning av upp till 1,07 miljoner bitar av säkra nycklar under ett enda satellitpass.

Kommunikationen var också tvåvägs, vilket möjliggjorde säker kommunikation i realtid. Så detta är en framgång som löste alla tidigare begränsningar i Micius‑prototypen, inklusive satellitens vikt och stationens användbara realtidsutbyten.

En annan sak systemet demonstrerar är att det kan överföra engångspaddskryptering av bilder. Så även om kvantkryptering vid ett senare tillfälle inte kan överföras, exempelvis på grund av dåligt väder, så kan data fortfarande dekrypteras när nyckeln väl har överförts, trots avståndet på 12 900 kilometer.

Tillämpningar

De första tillämpningarna kommer sannolikt att vara för nationell säkerhet och militära ändamål, då dessa är de främsta konsumenterna av okrossbara, högsäkerhetskrypteringstjänster.

Detta bör dock inte vara slutpunkten för tekniken. En stor konstellation av satelliter skulle kunna utföra överföring av krypteringsnycklar för kommersiella konsumenter också. Detta kan inkludera teknikföretag, finansinstitut, kryptobörser osv.

Denna säkerhetsnivå är dock för närvarande osannolik att användas av de flesta internetanvändare, eftersom den fortfarande är mycket teknisk och dyrare än andra krypteringsmetoder.

Marknaden för kvantkryptering förväntas växa med en häpnadsväckande 38,3 % från 2024 till 2030, från 518 miljoner USD.

Källa: Grand View Research

Sammanlagt innebär detta att ett nytt och allestädes närvarande lager av rymdtelekommunikation snart kan läggas till, inte ett bredbandsinternet som Starlink, utan punkt‑till‑punkt, omöjligt att spionera på, säker kryptering.

Eftersom detta nätverk endast överför krypteringsnyckeln, inte själva datan, kan det vara ett kraftfullt sätt att förbättra säkerheten för kryptering av satellittelefoni.

Nästa steg blir också att testa geostationära satelliter, då detta skulle radikalt förbättra överföringshastigheten för krypteringsnycklar.

Det skulle också vara mer meningsfullt på lång sikt för ett kommersiellt system, eftersom ultralåg latens kopplad till låg jordbana inte är så nödvändig för kvantkryptering.

Kvantkrypteringsföretag

Arquit är leverantör av en ”kvantsäker symmetrisk nyckelavtalskrypteringsplattform”.

Enklare uttryckt är det enheter som tillhandahåller kryptering som är säker mot framsteg inom kvantdatorutveckling.

Företagets produkter är kompatibla med NSA‑standarder, såväl som många andra cybersäkerhets‑ och kryptografiska standarder.

Arquits kunder inkluderar de flesta av de största cybersäkerhets‑ och nätverksföretagen, inklusive Fortinet (FTNT ), Juniper Network, Intel (INTC ), Adtran osv.

Den associerade mjukvaran kan integreras med de flesta OEM‑leverantörer (Original Equipment Manufacturer) och är molnbaserad.

Källa: Arquit

Denna teknik erkänns av branschen som en ledare inom krypteringskvalitet, har vunnit National Cyber Awards och Cyber Security Software Company of the Year Award vid Cyber Security Awards. Den har också vunnit CTO Outstanding Technology Award för säker 5G‑lösning vid Mobile World Congress.

Trots en imponerande portfölj av kunder, partners och utmärkelser är Arquit fortfarande ett mycket nytt företag, med endast 293 000 USD i intäkter år 2024.

Detta speglar dock inte företagets verkliga värde, då man förväntar sig kontrakt på tiotals miljoner från regeringar och privata företag inom den närmaste framtiden:

De flesta kontrakt var begränsade licenser för demonstration och integrationstestning av Arqits symmetriska nyckelavtalsprogramvara.

Som tidigare meddelat, tilldelades Arqit ett flerårigt företagslicensavtal i EMEA‑regionen för en statlig slutkund som förväntas resultera i sju siffror i årlig återkommande intäkt totalt. Före slutet av räkenskapsåret 2024 slutfördes avtalet. Intäktsgenerering förväntas påbörjas under den nuvarande räkenskapsperioden.

På liknande sätt lanserade Sparkle 2024 sin ”Network as a Service (NaaS) Product Suite with Quantum‑Safe over Internet”, med Arquit‑produkter.

Tillsammans med en likviditet på 18,7 MUSD i slutet av 2024 placerar de kommande kontrakten Arquit i en position att snart utvecklas från sin status som ett pre‑revenue‑startup, vilket rättfärdigar dess nio‑siffriga värdering.

Senaste om Arqit Quantum Inc.

Studierreferens:

^{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}