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航空航天如何引领空间量子通信技术的发展

航空航天是领先的行业努力,为空间实现量子技术,使国家安全空间运营商能够了解如何最好地利用支持量子的应用程序的独特功能。
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Quantum Mechence难以理解的声誉,但再次,火箭科学也是如此。航空航天已经很熟悉为什么火箭科学的困难值得掌握,而且量子通信技术是Quantum Mechanics同样重要的原因。

量子通信利用量子力学物理学的属性利用,其开启了新的范例,以便通过今天的经典(非量子)通信无法实现的通信。

量子通信的关键属性之一是它提供的安全性 - 它具有检测窃听的能力。量子力学还具有其他应用,例如加密,传感和计算,并且许多这些应用已经被纳入地面系统。

航空航天是领先的行业努力,为空间实现量子技术,使国家安全空间运营商能够了解如何最好地利用支持量子的应用程序的独特功能。

“有几种方法可以在太空中实施量子通信技术系统,”光子技术部门的高级项目领导者Andrew Mollner博士说。“在航空航天,我们在我们的实验室中测试了一个端到端的量子通信,允许我们对替代方案进行分析。我们可以使用不同的硬件来获得性能和成本的并排比较。“

Quantum系统乍一看似乎是不直观的,因此,短篇小说可能有助于说明涉及的一些概念:

想象一下,两个叫爱丽丝和鲍勃的大胆代理人,他们在危险的使命中分开。爱丽丝发现了一些她想要传递给鲍勃的重要秘密,但她需要考虑窃听者,前夕发现这一消息的风险。Alice决定使用量子通信协议,因为该方法将能够安全传输并允许她确定是否发生窃听。

Alice将一系列随机生成的量子信号系列到Bob,当他可以清楚地检测和识别它们时,均可收到这些代码和笔记。Alice和Bob现在可以通过公共信道进行通信并执行价值观的比较。

如果比较揭示了鲍勃的测量中的错误,Alice会知道Eve发生了一些篡改。如果没有,Alice将形成一个“安全键”,其中剩余的位只有她和鲍勃知道。另一方面,前夕将无法知道哪些消息位是真实的,并且截获的消息将是非敏感的。

在量子信息系统中,基本信息单位是一个QUBBit(量子位),并且在某些方面,量子位就像一个自毁的编码消息。通过单独光子的偏振来编码由量子位携带的信息以量子状态编码。由于其量子性质,测量该状态改变它,并且在测量之前丢失了关于其初始状态的任何信息。因此,仅接收和解释量子信号只能完成一次,常如读取它的第一次尝试将导致其破坏。

量子力学中的无克隆定理禁止复制未知量子状​​态,因此试图将信号放回一起的物理上不可能,并且接收器会立即知道是否有入侵者。在我们的故事中,当Eve拦截Alice和Bob之间的信号时,信号的量子状态被扰乱,当Alice看着它们时,引起鲍勃测量中的误差。因此,他们知道夏娃正在窃听他们的传播。

Quantum加密协议已在全球陆地系统中实施。这种类型的加密只是在经典系统中不可能实现的量子系统的众多功能之一。可以使用量子方法传输经典信息,但是存在不能以任何其他方式操纵或传输的量子信息。

表达一些量子概念没有古典的“单词”。基于唯一量子现象的信息,如叠加和纠缠(距离所谓的幽灵动作)只能通过Qubits传输,因此量子通信系统还具有网络量子计算机或从量子传感器发送数据。经典通信也有自己独特的优势,两种系统的能力是互补的,鼓励在星载安全资产中的经典和量子通信的实施。

作为太空企业的领先FFRDC,航空航天一直在努力通过评估和提高量子通信的准备来支持客户。

“我们在美国专业人士中确定了差距,在本主题中,在Quantum Compance Network中特别考虑卫星到卫星或卫星到地面,”航空航天的光子技术部门实验室经理Uttam Paudel博士说。

首先,在核心技术层面,航空航天科学家和工程师了解基本的量子力学和系统工程方面,以便为客户提供建议,以通过提出的技术解决方案实现的内容或无法完成。

其次,航空航天在成熟的不同技术的准备水平方面拥有经验。分析现有的地面量子通信设备以确定如何在空间环境中成功部署,航空航天与行业同行的合作伙伴关系最近导致小型企业创新研究(SBIR)资助进一步发展其技术。

第三,航空航天正在进行系统级别分析,以更好地了解如何将量子通信系统及其能力集成到现有的空间架构中,另一个行业对应于此类研究的航空航天。所有这项工作都需要主动研究和分析,既有基础和应用,以及航空航天实验室的实验。

基础知识的结合,技术开发的经验和企业级视觉将航空航天占据了独特的作用,定位才能牧养空间中量子通信技术的实施。

Mollner说:“部分使航空航天特殊是我们无法在真空中运作的部分。”“我们正试图让人们了解这项工作并与政府联系行业,以便每个人都获得量子通信的好处。”

这是一个修改版本的提供价值文章,它突出显示故事和成就,以举例说明航空航天的企业价值观,以支持我们在整个空间企业中的客户。


来源URL: //www.gfbusa.com/article/aerospace-leading-development-quantum-communication-technologies-space.