Quantum Space Race är här

Europa går in i kapplöpningen om att sätta kvantteknik i rymden på ett stort sätt, med inte mindre än tre offentlig-privata satsningar för att skjuta upp en kvantkommunikationssatellit. Trenden på andra sidan Atlanten väcker den uppenbara frågan: var är USA i denna ras som kineserna har dominerat sedan de skickade upp den första kvantsatelliten 2016. Svaret har strategiska såväl som tekniska implikationer.

En kvantsatellit använder fotoner som är oupplösligt sammanlänkade eller "intrasslade" av kvantfysik för att kommunicera med en markstation. Den kvantintrasslade länken möjliggör teleportering av information med ljusets hastighet, men innebär också att varje försök att fånga upp signalen omedelbart bryter länken, vilket gör hackning omöjligt. Kvantkommunikationssatelliter kommer att bli nav för inte bara ett framtida kvantinternet, utan även nav för hacksäkra nätverk för överföring av sekretessbelagda data och kommunikation – för att inte tala om en kommando-och-kontrollarkitektur som kommer att vara en integrerad del av rymddomändominansen.

Förra månaden European Space Agency meddelade en plan för ett konsortium av 20 företag att skjuta upp en kvantsatellit 2024. Satelliten kommer att använda teknik för kvantnyckeldistribution (QKD). dvs utbyte av krypteringsnycklar endast kända mellan delade parter. för europeiska kvantsäkra kommunikationsnät. Satelliten kommer att flyga i låg jordbana (LEOLEJONET
) och kommer att anslutas till ett driftcenter baserat i Luxemburg.

Tillbaka i februari det Singapore-baserade flygföretaget SpeQtral också meddelade det kommer att lansera sin första QKD-satellit, SpeQtral-1, 2024 med hjälp av Singapores kontor för rymdteknik och industri och det franska flygföretaget Thales. För att inte vänta på att bli överträffad i detta avseende har Virgin Orbit samarbetat med det brittiska företaget Arqit Quantum för inte mindre än fem lanseringar av LEO QKD-satelliter, med början 2023. Intressant nog skulle dessa uppskjutningar tjäna potentiella regeringskunder med Arqits "Federated Quantum System", som för närvarande endast är tillgängligt för Five Eyes nationers försvarsavdelningar.

QKD är en beprövad teknik: företag som IDQuantique i Schweiz och QLabs i Australien har tillhandahållit kvantkryptering för kunder i flera år (fullständig information: båda är chartermedlemmar i Hudson Institutes Quantum Alliance Initiative). Att distribuera den tekniken i rymden är svårare, och alla dessa satellitprojekt kommer att vara experiment - åtminstone till en början. Men det var Kina som lanserade den första kvantsatelliten 2016, kallad Micius, och ett år senare använde den för att fastställa hur man uppnår QKD-kommunikation på långa avstånd mellan markstationer med mer än 1200 km från varandra. I juli skickade Kina upp en andra kvantkrypterande satellit, som enligt uppgift är en sjättedel av massan av dess föregångare från 2016.

Dessutom enligt Science Daily, i augusti överförde Kinas kretsande Tiangong-2 rymdlabb kvantkrypteringsnycklar till fyra markstationer - samma markstationer som kan ta emot kvantnycklar från den kretsande Micius-satelliten, som använder rymdstationen som en repeater.

Allt detta är steg mot att skapa en konstellation av kvantkrypteringskompatibla satelliter över en rad omloppsbanor, som förmedlar långdistanskommunikation som är okackbar och ogenomskinlig för dem som inte har kunskap om kvantnyckeln.

Så var är USA i allt detta? Konstigt nog, även om det första QKD-nätverket någonsin skapades av Defense Advanced Research Projects Agency 2003, har vår regering och särskilt vår National Security Agency varit till stor del nyfikna på möjligheterna med intrasslingsbaserad kommunikation och QKD, samtidigt som de antyder det kinesiska intresset. inom tekniken har varit slöseri med tid och pengar. Nyligen Air Force Research Lab har finansierat forskning om att använda drönare för kvantintrasslade nätverk, men de som övervakar dessa ansträngningar ser inte hur användningen av en kvantteknik som bara fungerar när satellit och markstation är i perfekt linje, markerar en stor förbättring jämfört med nuvarande system.

Även om US CHIPSHIPS
and Science Act of 2022, undertecknad av president Biden i augusti, avsätter mer än 153 miljoner dollar per år för kvantberäkningar och nätverk är det inte troligt att det uppmuntrar mer arbete mot QKD-baserade system i himlen.

Den attityden kan dock behöva ändras om kineserna och européerna kan visa hur man skapar ett äkta QKD-baserat nätverk med hjälp av flera satelliter anslutna till flera markstationer – ett nätverk utom räckhåll för även den mest sofistikerade hackaren.

Sammantaget, om USA kommer att gå in i kvantsatellitloppet, är det osannolikt att det gör det på egen hand. Istället måste de som vill se USA dra nytta av denna framväxande tekniska matchup uppmuntra en utländsk partner att ta steget upp och erbjuda för att hjälpa våra vetenskapsmän, ingenjörer och så småningom regeringen att ta nästa stora kvantsprång, denna gång in i rymdens rike.