Etelä-afrikkalaisen Stellenboschin yliopiston ja Kiinan tiede- ja teknologia­yliopiston tutkijat ovat onnistuneesti muodostaneet 12 900 kilometrin pituisen kvanttisatelliittiyhteyden, käyttäen matalalla kiertoradalla sijaitsevaa Jinan-1 -mikrosatelliittia. Kyseessä on merkittävä tieteellinen läpimurto ja ensimmäinen kvanttiviestintäyhteys, joka on koskaan toteutettu eteläiseltä pallonpuoliskolta käsin.

Yhteyden ytimessä on kvanttiavainten jako (Quantum Key Distribution, QKD), joka mahdollistaa salausavainten siirron käyttäen yksittäisiä fotoneja. Näiden kvantti-ilmiöihin perustuvien avainten avulla tutkijat salauksivat kuvia, joita lähetettiin Kiinan ja Etelä-Afrikan välillä käyttäen kertakäyttösalausta (one-time pad). Tämä tarkoittaa käytännössä matemaattisesti murtamatonta salaustekniikkaa.

Yhteys toteutettiin lokakuussa 2024 Stellenboschin yliopiston katolle sijoitetulla siirrettävällä maa-asemalla. Paikalliset sääolosuhteet – kirkas taivas ja matala ilmankosteus – mahdollistivat poikkeuksellisen tehokkaan avainten siirron: yhdellä satelliitin ohilennolla saatiin 1,07 miljoonaa suojattua bittiä.

Kvanttiavainjakoon perustuva viestintä on teoreettisesti murtamatonta. Yksittäisiä fotoneja ei voi mitata tai kopioida ilman, että niiden kvanttitilat muuttuvat – mikä paljastaa kaikki salakuunteluyritykset. Kun näin tuotettu avain yhdistetään one-time pad -salausmenetelmään, saadaan järjestelmä, jota ei voi purkaa edes tulevaisuuden supertietokoneilla.

Vaikka kvanttiviestintä tarjoaa ennennäkemätöntä tietoturvaa, todellisessa maailmassa järjestelmän kokonaisvaltainen turvallisuus riippuu myös teknisestä toteutuksesta. Laitteistopohjaiset hyökkäykset voivat kohdistua detektoreihin tai lähettimiin, mikäli ne eivät ole asianmukaisesti suojattuja. Myös satunnaisuuden laatu on ratkaisevaa: jos satunnaisluku­generaattori ei ole täysin satunnainen, salaus voidaan teoriassa murtaa. Ja tietysti ihmisten ja ohjelmistojen virheet voivat avata takaportteja, joita mikään kvanttilaki ei estä.