Mikro uydularla rekor kıran kuantum şifreleme bağlantısı kuruldu

Kuantum Şifreleme İçin Yeni Bir Dönem

Giderek daha fazla kritik işlev güvenli veri bağlantılarına bağımlı hale geldikçe, aktarılan verilerin şifrelenmesi de büyüyen bir kaygı haline geliyor. Askerî, diplomatik ve hatta ticari veriler söz konusu olduğunda güvenlik, yalnızca hiç kimsenin verilere erişememesini değil, üçüncü bir tarafın dinleme girişiminde bulunup bulunmadığının da anlaşılabilmesini gerektiriyor.

Kuantum şifreleme tam olarak bunu sağlamak üzere tasarlanmıştır; kuantum fiziğinin temel kuralları sayesinde her türlü müdahale otomatik olarak tespit edilir (aşağıya bakınız).

Bununla birlikte, kuantum şifrelemenin uzun mesafelerde iletilmesi tarih boyunca zor olmuş ve teknolojinin kullanım alanını sınırlamıştır.

Çinli araştırmacılar Çin ile Güney Afrika arasında 12.900 kilometrelik (8.000 mil) bir kuantum uydu bağlantısı kurmayı başardığından, bu sorun artık geçmişte kalmış görünüyor.

Bu başarı; Hefei Ulusal Laboratuvarı, Çin Bilimler Akademisi, Jinan Kuantum Teknolojisi Enstitüsü, Pekin Elektronik Bilim ve Teknoloji Enstitüsü, Stellenbosch Üniversitesi (Güney Afrika), CAS Quantum Network Co. Ltd ve Quantum CTek Co. Ltd araştırmacılarını bir araya getiren geniş kapsamlı bir iş birliğiyle elde edildi.

Sonuçlar Nature dergisinde¹ “Mikro uydu tabanlı gerçek zamanlı kuantum anahtar dağıtımı” başlığıyla yayımlandı.

Kuantum Şifreleme Açıklaması

Kuantum şifreleme ya da kuantum anahtar dağıtımı (QKD), kuantum hesaplama kapasitesine dayanan bir şifreleme değildir (buna kuantum kriptografisi denirdi).

Kuantum şifreleme, anahtarları aktarmak ve kodlamak için tek tek fotonlardan yararlanarak gizliliği sağlayan şifreleme anahtarları üretir.

Tekniği benzersiz kılan özellik, tekil fotonların kuantum durumları değiştirilmeden yakalanamaması, kopyalanamaması veya ölçülememesidir. Kuantum parçacıklarının gözlemlenmesi özelliklerini değiştirir; bu, değiştirilemez temel bir fizik kuralıdır.

Kaynak: Quside

Böylece iletişim kuran iki kullanıcı, herhangi birinin anahtara erişmeyi başarması bir yana, bunu denemediğinden bile emin olabilir.

Bu özellik, tekniği özellikle ulusal güvenlik amaçlı kritik veri aktarımları için son derece güçlü bir seçenek haline getirir.

Kavram 1984 tarihli çalışmalara dayandığından yeni değildir; ancak ancak şimdi büyük ölçekte kullanılmaya başlanmaktadır. Yöntem verinin kendisini değil, geleneksel yollarla iletilen veriyi çözmek için gereken anahtarı aktarır.

(Önceki) Kuantum Şifrelemenin Sınırlamaları

Kuantum şifreleme şimdiye kadar özel optik fiberler de dahil olmak üzere son derece ayrıntılı ve yalnızca bu işe ayrılmış bir altyapı gerektiriyordu.

Çin bu alanda öncü konumdadır. Pekin ile Şanghay arasındaki büyük şehirlerde 32 güvenilir düğümü birbirine bağlayan 2.000 kilometrelik karasal fiber tabanlı bir kuantum ağına sahiptir. Önceki proje, kuantum şifrelemedeki bu son gelişmenin de liderlerinden olan tanınmış kuantum fizikçisi Profesör Jian-Wei Pan yönetiminde yürütüldü.

Bu yaklaşım, NSA’in alternatif teknolojileri tercih ettiği ABD yaklaşımından köklü biçimde ayrılıyor.

NSA, kuantuma dayanıklı (ya da kuantum sonrası) kriptografiyi kuantum anahtar dağıtımına göre daha uygun maliyetli ve bakımı daha kolay bir çözüm olarak görüyor. Bu nedenlerle NSA, Ulusal Güvenlik Sistemlerindeki iletişimi korumak için QKD veya kuantum kriptografisinin kullanılmasını desteklemiyor ve söz konusu sınırlamalar aşılmadıkça NSS müşterilerinin kullanımına yönelik herhangi bir QKD ya da kuantum kriptografisi güvenlik ürününü sertifikalandırmayı veya onaylamayı öngörmüyor.

Genel olarak kuantum şifreleme donanıma son derece bağımlı ve esnek olmayan bir yapıya sahiptir; yazılımda veya ağ üzerinden sunulan bir hizmet olarak uygulanamaz. Bu durum diğer ağlarla bütünleştirilmesini ve yükseltilmesini de zorlaştırır.

Kuantum Şifrelemeyi Uzaya Taşıma

Geçmiş Çabalar Üzerine İnşa Etmek

Büyük bir altyapı projesi gerektiren optik fiber ağına bağlı bu sınırlama, uydu tabanlı kuantum şifrelemeye geçişle ortadan kaldırılıyor.

İlk adım, Uzay Ölçeğinde Kuantum Deneyleri (QUESS) projesinin deney düzeneğiydi. Viyana Üniversitesiyle iş birliği içinde Micius (Çince: 墨子) uydusu kullanıldı.

Micius daha önce Çin’in Tiangong-2 uzay laboratuvarı modülündeki lazer iletişim deneyinin desteğiyle 7.600 kilometrelik uydu tabanlı kıtalararası kuantum bağlantısı kurmuştu.

Bu deney, kavramın uygulanabilir olduğunu göstermenin iyi bir yoluydu. Ancak prototipin; küçük ve hafif uydular, taşınabilir yer istasyonları ve gerçek zamanlı güvenli anahtar değişimi gibi pratik kullanım için gerekli unsurlarla çalışabileceği henüz kanıtlanmamıştı.

Çalışmanın Güney Afrika ayağını, Güney Afrika’nın Durban kentinde dünyanın ilk fiber optik kuantum iletişim ağlarından birini geliştiren Profesör Francesco Petruccione yönetti.

Kaynak: Stellenbosch University

“Kuantum uydu teknolojisinin başarıyla sergilenmesi, Güney Afrika’yı hızla gelişen küresel kuantum teknolojisi ekosisteminde önemli bir oyuncu olarak güçlü biçimde konumlandırıyor.”

Profesör Francesco Petruccione

Uydu İletişiminin Avantajı

Bu tür şifreli iletişimde uydu kullanmanın en büyük avantajı, önceden kurulmuş özel bir optik fiber ağına bağımlı olmamasıdır.

Bu sayede sistem, pahalı ve yalnızca ülke içinde kullanılabilen bir optik fiber ağıyla sınırlı kalmak yerine geniş ölçekte kurulabilir.

Bir diğer avantaj da bu teknolojik başarının yalnızca 23 kg (50 pound) faydalı yük taşıyan mikro uydularla elde edilmiş olmasıdır. Karşılaştırma için, görece küçük Starlink uydularının her biri yaklaşık 800 kg (1.760 pound) ağırlığındadır.

Kaynak: Reuters 

Dolayısıyla çok sayıda yörünge fırlatmasına gerek kalmadan bu cihazlardan oluşan büyük bir uydu takımyıldızı kurmak oldukça kolay olacaktır.

Taşınabilir yer istasyonu yaklaşık 100 kilogram ağırlığındadır; bu da istasyonun kolayca taşınmasını ve herhangi bir yerde kurulmasını sağlar.

Uydu İletişiminin Sınırlamaları

İletişim fotonlara dayandığından hava koşullarına büyük ölçüde bağımlıdır. Bulutlu hava, hatta uydunun Güneş’le aynı doğrultuya gelmesi bile süreci aksatabilir.

Bu nedenle teknoloji muhtemelen her koşulda kesintisiz kullanılamayacaktır. Yine de etkileyici bir başarıdır. Hava koşullarından daha az etkilenen başka frekanslardaki fotonların, örneğin mikrodalgaların kullanılması mantıklı bir sonraki adım olabilir.

Ne Kadar İyi Çalıştı?

İklimin teknoloji üzerindeki etkisi, açık gökyüzü ve düşük nem gibi ideal çevre koşullarına sahip Stellenbosch’un seçilmesinin nedenlerinden biriydi. Bu koşullarda tek bir uydu geçişi sırasında 1,07 milyon bite kadar güvenli anahtar paylaşımı gerçekleştirildi.

İletişim çift yönlüydü ve gerçek zamanlı güvenli haberleşmeye olanak tanıdı. Böylece uydu ve yer istasyonunun ağırlığı ile gerçek zamanlı veri alışverişi dahil Micius prototipinin önceki sınırlamaları giderildi.

Sistem ayrıca görüntüler için tek kullanımlık anahtar şifrelemesini aktarabildiğini gösterdi. Anahtar bir kez aktarıldıktan sonra, kötü hava nedeniyle daha sonra kuantum anahtarı gönderilemese bile 12.900 kilometrelik mesafeye rağmen veriler çözülebilir.

Uygulamalar

İlk kullanım alanlarının ulusal güvenlik ve askerî uygulamalar olması bekleniyor; çünkü kırılamaz ve yüksek güvenlikli şifreleme hizmetlerine en fazla ihtiyaç duyanlar bu sektörlerdir.

Ancak teknolojinin kullanım alanı bununla sınırlı kalmamalıdır. Büyük bir uydu takımyıldızı, teknoloji şirketleri, finans kuruluşları ve kripto borsaları gibi ticari kullanıcılar için de şifreleme anahtarlarını aktarabilir.

Bununla birlikte, son derece teknik ve diğer şifreleme yöntemlerinden daha pahalı olduğu için bu güvenlik düzeyinin şimdilik çoğu internet kullanıcısı tarafından benimsenmesi beklenmiyor.

Kuantum şifreleme pazarının 2024-2030 döneminde 518 milyon dolarlık tabandan yıllık bileşik yüzde 38,3 gibi çarpıcı bir hızla büyümesi bekleniyor.

Kaynak: Grand View Research

Genel olarak bu, yakın zamanda uzay tabanlı yeni ve yaygın bir telekomünikasyon katmanının eklenebileceği anlamına geliyor. Bu katman Starlink gibi geniş bant internet sunmak yerine, noktadan noktaya ve dinlenmesi imkânsız güvenli şifreleme sağlayacaktır.

Bu ağ gerçek verileri değil yalnızca şifreleme anahtarını aktardığından, uydu haberleşmesindeki şifrelemenin güvenliğini güçlendirmek için etkili bir yöntem olabilir.

Bir sonraki adım, şifreleme anahtarlarının aktarım hızını büyük ölçüde artırabilecek sabit yörüngeli uyduları test etmek olacaktır.

Kuantum şifreleme için alçak Dünya yörüngesinin sağladığı son derece düşük gecikme kritik olmadığından, sabit yörünge uzun vadede ticari bir sistem açısından daha mantıklı olabilir.

Kuantum Şifreleme Şirketi

Arqit, “kuantuma dayanıklı simetrik anahtar anlaşması şifreleme platformu” sağlayıcısıdır.

Daha basit ifadeyle şirket, kuantum hesaplamadaki ilerlemelere karşı güvenli şifreleme sağlayan çözümler sunar.

Şirketin ürünleri NSA standartlarının yanı sıra birçok başka siber güvenlik ve kriptografi standardıyla uyumludur.

Arqit’in müşterileri arasında Fortinet (FTNT ), Juniper Networks, Intel (INTC ) ve Adtran dahil en büyük siber güvenlik ve ağ şirketlerinin çoğu yer alır.

İlgili yazılım çoğu OEM (orijinal ekipman üreticisi) sistemiyle entegre edilebilir ve bulut tabanlıdır.

Kaynak: Arquit

Teknoloji, National Cyber Awards ile Cyber Security Awards kapsamında Yılın Siber Güvenlik Yazılım Şirketi ödülünü kazanarak sektör tarafından şifreleme kalitesinde lider kabul edilmiştir. Ayrıca Mobile World Congress etkinliğinde güvenli 5G çözümüyle CTO Üstün Teknoloji Ödülü’nü kazanmıştır.

Etkileyici müşteri, ortak ve ödül listesine rağmen Arqit hâlâ çok yeni bir şirkettir ve 2024 geliri yalnızca 293.000 dolar olmuştur.

Ancak bu rakam şirketin gerçek değerini yansıtmıyor; Arqit yakın gelecekte kamu kurumları ve özel şirketlerden on milyonlarca dolarlık sözleşmeler bekliyor:

Çoğu sözleşme, Arqit’in simetrik anahtar anlaşma yazılımının tanıtım ve entegrasyon testleri için sınırlı lisanslardı.

Daha önce duyurulduğu gibi, Arqit, EMEA bölgesinde bir hükümet son kullanıcı için çok yıllı bir kurumsal lisans sözleşmesi kazandı; bu sözleşmenin toplamda yıllık tekrarlayan gelirde yedi haneli bir rakama ulaşması bekleniyor. 2024 mali yılının sonuna kadar sözleşme kesinleşti. Gelir üretiminin mevcut mali dönemde başlaması bekleniyor.

Benzer şekilde Sparkle, Arqit ürünlerini kullanarak 2024 yılında “İnternet Üzerinden Kuantuma Dayanıklı Hizmet Olarak Ağ (NaaS) Ürün Paketini” kullanıma sundu.

2024 sonundaki 18,7 milyon dolarlık nakit varlığıyla birlikte yaklaşan sözleşmeler, Arqit’in gelir öncesi girişim statüsünden yakında çıkmasını sağlayabilir ve dokuz haneli değerlemesini destekleyebilir.

Arqit Quantum Inc. ile En Son Gelişmeler

Çalışma kaynağı:

^{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}