Thales Alenia Space – Hispasat: Αναπτύσουν το πρώτο παγκοσμίως σύστημα κατανομής κβαντικών κλειδιών από γεωστατική τροχιά

Μέσα από κοινή ανακοίνωση οι Thales Alenia Space, η κοινοπραξία μεταξύ της Thales (67%) και της Leonardo (33%), και η Hispasat, ο πάροχος δορυφορικών υπηρεσιών της Redeia, ανακοίνωσαν την έναρξη της ανάπτυξης, κατασκευής, επαλήθευσης και επικύρωσης του πρωτοτύπου QKD-GEO, του Ισπανικού συστήματος κατανομής κβαντικού κλειδιού από γεωστατική τροχιά.

Με προϋπολογισμό 103,5 εκατομμυρίων ευρώ, η αποστολή QKD-GEO αποτελεί πρωτοβουλία του Ισπανικού Υφυπουργείου Τηλεπικοινωνιών και Ψηφιακών Υποδομών και χρηματοδοτείται από ευρωπαϊκά κονδύλια του Σχεδίου Ανάκαμψης, Μετασχηματισμού και Ανθεκτικότητας (PERTE Aeroespacial), την ανάθεση του οποίου διαχειρίζεται το Κέντρο Τεχνολογικής Ανάπτυξης και Καινοτομίας της Ισπανίας (CDTI).

Μια αλλαγή πρότυπο στις ασφαλείς επικοινωνίες

Η έλευση των κβαντικών υπολογιστών παρέχει πολύ μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ απ’ ότι οι παραδοσιακοί υπολογιστές στην επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων, συμπεριλαμβανομένου  του ελέγχου πρώτων αριθμών – παραγοντοποίηση, που αποτελεί τη βάση για την τρέχουσα μη συμμετρική κρυπτογραφία. Αυτό θα οδηγήσει σε μια αλλαγή πρότυπο στις ασφαλείς επικοινωνίες, καθώς θα επιτρέπει στους χάκερς που θα έχουν πρόσβαση σε κβαντικούς υπολογιστές να αποκωδικοποιήσουν τις τρέχουσες κρυπτογραφήσεις σε δευτερόλεπτα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί ένα σύστημα που θα επιτρέπει την αποστολή πληροφοριών με τις απαραίτητες δικλείδες ασφαλείας όταν πρόκειται για κυβερνητικές επικοινωνίες (τόσο πολιτικές όσο και στρατιωτικές), ζητήματα διαχείρισης κρίσιμων υποδομών, και οικονομικά, περιβαλλοντικά και τεχνολογικά σημαντικές υπηρεσίες, καθώς και  μεγάλες επιχειρήσεις. Αυτή η τεχνολογία αποτελεί ένα πρώτο βήμα προς το κβαντικό διαδίκτυο του μέλλοντος, το οποίο θα φέρει ριζική πρόοδο για τις παγκόσμιες επικοινωνίες.

Η κατανομή κβαντικών κλειδιών μέσω ενός οπτικού συστήματος επικοινωνιών καθιστά δυνατό το να επιβεβαιωθεί με βεβαιότητα εάν τα κλειδιά έχουν υποκλαπεί, καθώς η ακεραιότητα των επικοινωνιών επαληθεύεται συνεχώς χάρη στις κβαντικές ιδιότητες των φωτονίων. Σήμερα, η τεχνολογία δεν επιτρέπει τη χρήση συνδέσεων οπτικών ινών για κβαντικές επικοινωνίες σε αποστάσεις μεγαλύτερες από εκατοντάδες χιλιόμετρα. Ωστόσο, η χρήση δορυφόρων για κατανομή κβαντικών κλειδιών είναι ικανή να καλύψει μεγάλες αποστάσεις, καθώς η εξασθένιση του σήματος είναι χαμηλότερη στο ελεύθερο διάστημα. Συγκεκριμένα, η γεωστατική κάλυψη σε υψόμετρο 36.786 χλμ, σε αντίθεση με άλλες τροχιές, καθιστά δυνατή την καθιέρωση της επικοινωνίας μεταξύ ολόκληρων ηπείρων με έναν μόνο δορυφόρο, συνεχώς και χωρίς την ανάγκη ανάπτυξης πολύπλοκων συστημάτων παρακολούθησης του σήματος.

Ένα καινοτόμο και πρωτοποριακό παγκόσμιο έργο

Με συνολική διάρκεια 24 μηνών, το έργο QKD-GEO περιλαμβάνει την ανάπτυξη των διάφορων υποσυστημάτων για ένα μελλοντικό σύστημα κατανομής κβαντικών κλειδιών από γεωστατική τροχιά. Συγκεκριμένα, περιλαμβάνει την ανάπτυξη ενός κβαντικού φορτίου που θα φιλοξενείται σε έναν γεωστατικό δορυφόρο, καθώς και του σχετικού επίγειου τμήματός του. Πρόκειται για ένα καινοτόμο και πρωτοπόρο παγκόσμιο έργο, καθώς αυτή τη στιγμή δεν υπάρχει σύστημα κατανομής κβαντικoύ κλειδιού στον κόσμο που να λειτουργεί από γεωστατική τροχιά.

Το GEO-QKD ολοκλήρωσε επιτυχώς την αρχική τετράμηνη φάση σχεδιασμού, στην οποία καθορίστηκε η αρχιτεκτονική του συστήματος και ορίστηκαν τα διάφορα στοιχεία του. Το γεωστατικό φορτίο αποτελείται από ένα υψηλής ακρίβειας τηλεσκόπιο με το μηχανισμό κατεύθυνσής του και ενσωματωμένα ηλεκτρονικά, μια πηγή δημιουργίας κβαντικών τυχαίων αριθμών, μια πηγή σήματος πολωμένων φωτονίων, έναν ραδιοφάρο λέιζερ και έναν επεξεργαστή για τη δημιουργία των κλειδιών και την εφαρμογή του πρωτοκόλλου επικοινωνιών. Το επίγειο τμήμα αποτελείται από οπτικούς σταθμούς εξοπλισμένους με τηλεσκόπια για τη λήψη των φωτονίων που μεταδίδονται από το διάστημα και την ανάκτηση των κλειδιών, καθώς και από ένα κέντρο επιχειρήσεων που οργανώνει και ελέγχει όλες τις δραστηριότητες του συστήματος, εξασφαλίζοντας την ομαλή λειτουργία τόσο του διαστημικού τμήματος όσο και των αλληλεπιδράσεων των χρηστών.

Το έργο περιλαμβάνει επίσης μια φάση δοκιμών πεδίου μέσω ενός διαδρόμου 140 χιλιομέτρων μεταξύ των νησιών Λα Πάλμα και της Τενερίφης. Αυτές οι δοκιμές θα επιτρέψουν τη λειτουργική επαλήθευση του επίγειου τμήματος και του κβαντικού φορτίου υπό πλήρως αντιπροσωπευτικές συνθήκες, πριν από την εφαρμογή του σε μια επιχειρησιακή αποστολή σε τροχιά.

Η Thales Alenia Space ηγείται από την Ισπανία μιας μεγάλης κοινοπραξίας αποτελούμενης από ισπανικές και άλλες ευρωπαϊκές εταιρείες της βιομηχανίας, συμπεριλαμβανομένων των Thales Alenia Space στη Γαλλία και την Ελβετία, και με τη συμμετοχή διαφόρων φορέων εξειδικευμένων στον τομέα των κβαντικών επικοινωνιών, όπως το Ινστιτούτο Αστροφυσικής των Καναρίων Νησιών (IAC), το Πολυτεχνείο της Μαδρίτης και το Πανεπιστήμιο του Βίγο. Παράλληλα, η Hispasat είναι υπεύθυνη για το σχεδιασμό της γεωστατικής αποστολής και τον καθορισμό του επιχειρηματικού πλάνου, με υποστήριξη από εταιρείες όπως η Banco de Santander, η BBVA, η Telefónica και η Cellnex για την ανάλυση πραγματικών περιπτώσεων χρήσης από τον τραπεζικό τομέα και επίγειους παρόχους.

Η συμβολή της Ισπανίας στην ανάπτυξη ασφαλούς ευρωπαϊκής διαστημικής υποδομής

Τον Ιούνιο του 2019, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή ανακοίνωσε τη θέση της υπέρ της δημιουργίας Ευρωπαϊκής Κβαντικής Επικοινωνιακής Υποδομής (EuroQCI), η οποία θα αναπτύξει τους πρώτους κβαντικούς κόμβους επικοινωνίας σε διάφορες χώρες της ΕΕ τα επόμενα χρόνια. Αυτοί οι κόμβοι, που θα καλύπτουν μητροπολιτικές περιοχές, θα συνδέονται μεταξύ τους μέσω δορυφόρου για να εξασφαλίσουν την ανθεκτικότητά τους. Για τον σκοπό αυτό, το IRIS², το ασφαλές σύστημα δορυφορικών επικοινωνιών που προωθεί η Επιτροπή και αναπτύσσεται από μια κοινοπραξία με τη συμμετοχή της Hispasat, στην προκαταρκτική μελέτη του οποίου συμμετείχε η Hispasat  μαζί με την Thales Alenia Space, θα περιλαμβάνει τις δορυφορικές συνδέσεις EuroQCI στις αποστολές του. Το QKD-GEO θα επιτρέψει στην Ισπανία να έχει καθοριστική συμβολή στις ευρωπαϊκές πρωτοβουλίες στον διαστημικό τομέα.

Ο Ismael López, Διευθύνων Σύμβουλος της Thales Alenia Space στην Ισπανία, δήλωσε: «Η αποστολή QKD-GEO αντιπροσωπεύει μια μεγάλη τεχνολογική πρόκληση που θα φέρει την ισπανική βιομηχανία στην πρώτη γραμμή των κβαντικών επικοινωνιών από γεωστατική τροχιά, μια πρωτοπόρο τεχνολογία σε παγκόσμιο επίπεδο. Ευχαριστούμε το CDTI και τον συνεργάτη μας Hispasat για την εμπιστοσύνη που μας έδειξαν, επιτρέποντας μας να ηγηθούμε αυτού του φιλόδοξου έργου. Στη Thales Alenia Space, πιστεύουμε ακράδαντα σε μια τεχνολογία η οποία θα φέρει την επανάσταση στην ασφάλεια των επικοινωνιών τα επόμενα χρόνια.»

Ο Miguel Ángel Panduro, Διευθύνων Σύμβουλος της Hispasat, δήλωσε ότι «η καθιέρωση κλειδιών κρυπτογράφησης μέσω ενός κβαντικού πρωτοκόλλου πρόκειται να φέρει μια καθοριστική αλλαγή στις ασφαλείς επικοινωνίες του μέλλοντος, όπου το διάστημα και οι δορυφόροι θα διαμορφωθούν ως η ιδανική υποδομή για τη μετάδοσή των πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις. Έτσι, είναι κρίσιμο για τη Hispasat να εδραιωθεί σε διεθνές επίπεδο σε αυτόν τον τομέα και, μαζί με άλλες ισπανικές εταιρείες και φορείς, να συμβάλει στην ανάδειξη της χώρας μας ως ηγέτη της κβαντικής τεχνολογίας.»