De Quantum Space Race is hier

Europa doet mee aan de race om kwantumtechnologie op grote schaal in de ruimte te brengen, met niet minder dan drie publiek-private ondernemingen om een ​​kwantumcommunicatiesatelliet te lanceren. De trend aan de andere kant van de Atlantische Oceaan roept de voor de hand liggende vraag op: waar zijn de Verenigde Staten in deze race die de Chinezen hebben gedomineerd sinds ze in 2016 de eerste kwantumsatelliet stuurden. Het antwoord heeft zowel strategische als technologische implicaties.

Een kwantumsatelliet gebruikt fotonen die door de kwantumfysica onlosmakelijk met elkaar verbonden of “verstrengeld” zijn, om te communiceren met een grondstation. De kwantumverstrengelde link maakt het mogelijk om informatie met de snelheid van het licht te teleporteren, maar betekent ook dat elke poging om het signaal te onderscheppen de link onmiddellijk verbreekt, waardoor hacken onmogelijk wordt. Quantumcommunicatiesatellieten zullen hubs worden van niet alleen een toekomstig quantum-internet, maar ook hubs voor hackbestendige netwerken voor de overdracht van geclassificeerde gegevens en communicatie - om nog maar te zwijgen van een command-and-control-architectuur die een integraal onderdeel zal zijn van de dominantie van het ruimtedomein.

Vorige maand heeft de European Space Agency aangekondigd een plan voor een consortium van 20 bedrijven om in 2024 een kwantumsatelliet te lanceren. De satelliet zal gebruikmaken van kwantumsleuteldistributietechnologie (QKD). dwz het uitwisselen van encryptiesleutels die alleen bekend zijn tussen gedeelde partijen. voor Europese kwantumveilige communicatienetwerken. De satelliet zal in een lage baan om de aarde vliegen (LEOLEO
) en zal worden aangesloten op een operationeel centrum in Luxemburg.

In februari ook het in Singapore gevestigde ruimtevaartbedrijf SpeQtral aangekondigd het zal zijn eerste QKD-satelliet, SpeQtral-1, in 2024 lanceren met de hulp van Singapore's Office for Space Technology and Industry en het Franse ruimtevaartbedrijf Thales. Virgin Orbit wacht niet om in dit opzicht achterhaald te worden en werkt samen met het Britse bedrijf Arqit Quantum voor: maar liefst vijf lanceringen van LEO QKD-satellieten, te beginnen in 2023. Interessant is dat deze lanceringen potentiële overheidsklanten zouden bedienen met Arqit's "Federated Quantum System", dat momenteel alleen beschikbaar is voor de defensie-afdelingen van Five Eyes-landen.

QKD is een bewezen technologie: bedrijven zoals IDQuantique in Zwitserland en QLabs in Australië bieden al jaren kwantumversleuteling aan klanten (volledige openbaarmaking: beide zijn charterleden van het Quantum Alliance Initiative van Hudson Institute). Het inzetten van die technologie in de ruimte is lastiger, en al deze satellietprojecten zullen experimenten zijn - althans in het begin. Maar het was China dat in 2016 de eerste kwantumsatelliet lanceerde, Micius genaamd, en een jaar later gebruikte om vast te stellen hoe QKD-communicatie over lange afstanden kon worden gerealiseerd tussen grondstations die meer dan 1200 km van elkaar verwijderd waren. In juli stuurde China een tweede kwantumversleutelende satelliet, die naar verluidt een zesde van de massa is van zijn voorganger uit 2016.

Bovendien, volgens Science Daily, in augustus zond het in een baan om de aarde draaiende Tiangong-2-ruimtelaboratorium in China kwantumcoderingssleutels naar vier grondstations - dezelfde grondstations die kwantumsleutels kunnen ontvangen van de in een baan om de aarde draaiende Micius-satelliet, die het ruimtestation als een repeater gebruikt.

Dit zijn allemaal stappen in de richting van het creëren van een constellatie van kwantum-encryptie-compatibele satellieten in een reeks banen, die langeafstandscommunicatie overbrengen die onhackbaar en ondoorzichtig zijn voor degenen die niet bekend zijn met de kwantumsleutel.

Dus waar is de VS in dit alles? Vreemd genoeg, hoewel het allereerste QKD-netwerk ooit werd gecreëerd door de Defense Advanced Research Projects Agency in 2003, waren onze regering en vooral onze National Security Agency grotendeels nieuwsgierig naar de mogelijkheden van op verstrengeling gebaseerde communicatie en QKD, terwijl ze de Chinese interesse suggereerden in de technologie is een verspilling van tijd en geld geweest. Onlangs heeft het Air Force Research Lab heeft onderzoek gefinancierd over het gebruik van drones voor kwantumverstrengelde netwerken, maar degenen die toezicht houden op deze inspanningen, zien niet hoe het gebruik van een kwantumtechnologie die alleen werkt als satelliet en grondstation perfect op elkaar zijn afgestemd, veel verbetering betekent ten opzichte van de huidige systemen.

Hoewel de Amerikaanse CHIPSHIPS
and Science Act van 2022, ondertekend door president Biden in augustus, wijst meer dan $ 153 miljoen per jaar toe voor kwantumcomputing en -netwerken zal het waarschijnlijk niet aanzetten tot meer werk aan op QKD gebaseerde systemen in de lucht.

Die houding moet echter misschien veranderen als de Chinezen en Europeanen kunnen demonstreren hoe ze een echt QKD-gebaseerd netwerk kunnen creëren met behulp van meerdere satellieten die zijn verbonden met meerdere grondstations - een netwerk dat zelfs de meest geavanceerde hacker niet kan bereiken.

Alles bij elkaar genomen, als de VS de kwantumsatellietrace gaat betreden, is het onwaarschijnlijk dat dit alleen zal gebeuren. In plaats daarvan zullen degenen die Amerika willen zien profiteren van deze opkomende technologische match-up, een buitenlandse partner moeten aanmoedigen om op te treden en aan te bieden om onze wetenschappers, ingenieurs en uiteindelijk de regering te helpen motiveren om deze volgende grote kwantumsprong te maken, deze keer in het rijk van de ruimte.