Nanosatélites para transmitir “internet cuántico” a la tierra

Los recientes datos del nanosatélite SpooQy-1, de 2,6 kg de peso y del tamaño de una caja de zapatos, confirman la creación de señales entrelazadas en órbita y se avanza en un futuro internet cuántico global.



Los datos del satélite SpooQy-1 de 2.6 kilogramos, en órbita a 400 kilómetros sobre la Tierra, confirman que crea señales cuánticas entrelazadas en un instrumento compacto a bordo.


Los investigadores aseguran que los nanosatélites podrían hacer el trabajo por menos dinero en comparación con el uso de satélites más grandes. El artículo llamado “Entanglement demonstration on board a nano-satellite” que es open acces aparece en la revista Optica.


"Estas señales podrían usarse para implementar muchos tipos de aplicaciones de comunicación cuántica, desde la distribución de claves cuánticas para una transmisión de datos extremadamente segura hasta la teletransportación cuántica, donde la información se transfiere al replicar el estado de un sistema cuántico a distancia".


"En el futuro, nuestro sistema podría ser parte de una red cuántica global que transmite señales cuánticas a receptores en la Tierra o en otras naves espaciales", dice el primer autor Aitor Villar, quien trabajó en la fuente cuántica para el SpooQy-1 mientras obtenía su doctorado en el Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) en la Universidad Nacional de Singapur.


Imagen del SpooQy-1

Los resultados de Micius, publicados en Nature, mostraron que el satélite envió señales entrelazadas simultáneamente a dos estaciones terrestres separadas por 1.120 km, creando una clave de cifrado segura a una velocidad de 0,12 bits por segundo. Micius pesa 630 kg en total, incluida una fuente de luz cuántica que pesa 23.8 kg.


En la década de 1990, el director de CQT, Artur Ekert, fue el primero en proponer que las señales entrelazadas podrían explotarse para una comunicación segura. Contribuyó a los nuevos experimentos con Micius, trabajando en algunos aspectos teóricos del artículo.


“Estamos viendo un gran interés en la construcción de redes cuánticas en todo el mundo. Los satélites son una solución para hacer redes de largo alcance, creando conexiones a través de las fronteras de los países y entre continentes ", dice Alexander Ling, investigador principal de CQT y profesor asociado en el departamento de física de NUS. Lidera el programa satelital de CQT.


"Los hallazgos de la investigación pueden usarse potencialmente para el cifrado de datos, ofreciendo el nivel superior de seguridad por el que la tecnología es conocida", dice Lim Khiang Wee, director ejecutivo de investigación académica de la National Research Foundation, que financió el trabajo.



SATÉLITES MÁS PEQUEÑOS



Los nanosatellites como SpooQy-1 son rentables de construir y lanzar porque siguen los estándares de la industria para CubeSats y tienen un tamaño pequeño.


SpooQy-1 se lanzó primero a la Estación Espacial Internacional desde los Estados Unidos en abril de 2019, y luego en órbita con la ayuda de los astronautas de la estación el 17 de junio de 2019. CQT hizo estos arreglos para viajes espaciales con la Asociación Espacial y Tecnológica de Singapur y el Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón.


Antes de que el satélite abandonara la Tierra, gran parte del trabajo del equipo se centró en miniaturizar la fuente cuántica para que entrara en el espacio del tamaño de una caja de zapatos del SpooQy-1, optimizándolo para que funcione con una potencia mínima y haciéndolo lo suficientemente resistente como para sobrevivir a un lanzamiento de cohete y condiciones en el espacio. La fuente consiste en un diodo láser azul que incide sobre cristales no lineales para crear pares de fotones.


Diseño interior del SpooQy-1

Los investigadores llevaron a cabo pruebas de prototipos de instrumentos anteriores mediante equipos voladores en un globo meteorológico hasta el borde de la atmósfera y en otro nanosatélite llamado Galassia.


El equipo informó que el instrumento en SpooQy-1 generó con éxito pares de fotones enredados a temperaturas de 16 ° C a 21.5 ° C. El satélite ha estado operativo durante un año completo, completando alrededor de 5,800 órbita alrededor de la Tierra y continúa trabajando.


Lo que Micius ha logrado destaca los desafíos futuros. El satélite chino informó por primera vez la distribución de entrelazamientos a las estaciones terrestres en 2017, pero se detectaron tan pocos fotones en la Tierra que no era práctico para la comunicación. Para lograr la tasa de distribución de clave cuántica de 0.12 bits por segundo, el equipo actualizó las estaciones terrestres para mejorar la eficiencia de detección y el procesamiento de la señal.


SpooQy-1 se controla desde estaciones terrestres en Singapur y Suiza, pero no ha intentado enviar sus señales cuánticas a la Tierra. Ese es el objetivo de una próxima fase, anunciada en 2018 como un proyecto conjunto entre Singapur y el Reino Unido.


Para esa misión, los investigadores de CQT están colaborando con RAL Space en el Reino Unido para diseñar y construir un nanosatélite cuántico similar a SpooQy-1 con las capacidades necesarias para transmitir fotones entrelazados desde el espacio a un receptor terrestre. Parte de este trabajo está sucediendo con SpeQtral, un startup financiada por una empresa que se separó de CQT para comercializar sistemas de comunicación cuántica basados en satélites.


"En nuestra próxima misión, estamos trabajando para las comunicaciones cuánticas CubeSat a tierra para compartir claves de cifrado secretas en todo el mundo", dice el coautor Robert Bedington, Director de Tecnología de SpeQtral y uno de los gerentes de proyecto para el sucesor del satélite.


"Esta capacidad es atractiva para las organizaciones que necesitan mantener sus redes seguras de los hackers más sofisticados".


El próximo nanosatélite cuántico está programado para su lanzamiento en 2022.





Fuente: Futurity.org, Universidad Nacional de Singapur

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