יצרנית הלוויינים האירופית תאלס אלאניה ספייס (Thales Alenia Space), יחד עם מפעילת הלוויינים הספרדית היספאסאט (Hispasat) הודיעו אתמול (שלישי) כי זכו לתמיכה בממשלתית בבניית לוויין שישדר בהצפנה קוונטית ממסלול גאוסטציונרי – הראשון בעולם. את הפרויקט השאפתני יזמה ממשלת ספרד, והאיחוד האירופי יממן אותו ב-104 מיליון יורו. בניית הלוויין צפויה לארוך שנתיים.
הצפנה מושלמת, ללא כל סכנה לפריצה
היישום העיקרי של הצפנה קוונטית הוא "החלפת מפתחות קוונטית": פוטונים של אור מחוללים מפתחות הצפנה ואלה מאפשרים לשני צדדים לקודד ולפענח מסרים, כאשר כל ניסיון ליירט את השדר מצד גורם שלישי יהרוס את המידע – וכך גם יחשוף את ניסיון הפריצה. למעשה, בנקים בשוויץ כבר מעבירים ביניהם מידע בתקשורת קוונטית, אבל בעזרת סיבים אופטיים – שהם מוגבלים עקב דעיכת האות לטווח של כ-200 ק"מ. סין הצליחה לחבר ברשת קוונטית מבוססת סיבים את בייג'ינג לשנגחאי, במרחק של מעל ל-1,000 ק"מ, אבל בעזרת תחנות ממסר מורכבות, שמייצרות המון "רעש" שפוגע באות ועלול להתפרש כניסיון האזנה. הגביע הקדוש של התחום הוא תקשורת אופטית קוונטית: לוויינים שיתקשרו קוונטית עם תחנות קרקע בכל נקודה בכדור הארץ, וללא צורך בפריסת סיבים.
"תקשורת קוונטית הייתה עד לא מזמן בגדר מדע בדיוני", הסביר בראיון לאתר סוכנות החלל הישראלית פרופ' יצחק בן ישראל, לשעבר ראש מרכז הסייבר באוניברסיטת תל אביב ויו"ר סוכנות החלל הישראלית. "מהי תקשורת רגילה? אני מקודד את המידע שאני רוצה להעביר באמצעות ביטים שכל אחד מהם יכול להיות 0 או 1. בשיטה המסורתית הזו מצפינים את המידע אך עדיין אפשר ליירט את המסר, לפרוץ את ההצפנה וכך לדעת מה שלחתי. לעומת זאת, במכניקת קוונטים, ערך הביטים לא חייב להיות 0 או 1, אלא יכול להיות גם 0 וגם 1. אם מישהו מיירט את המסר שלי בדרך, זה לא יעזור לו כי המסר יהיה חסר ערך. רק אחרי שהצד השני קיבל את המסר, אני בצד שלי יכול להכריע מה יהיה הערך של הביטים ששלחתי. וברגע שאני אכריע אצלי המסר יתפענח אצלך באותו רגע. מדוע? מפני שהביטים אצלי והביטים שעברו אליך שזורים זה לזה בשזירה קוונטית. אפשר לומר שרק לאחר שהתשדורת הגיעה אל הנמען, השולח מחולל את המידע".
סין מובילה בפער ענק על המערב
ב-2016 הפכה סין למדינה הראשונה, ועד כה גם היחידה שדיווחה על כך, שהדגימה בהצלחה תקשורת אופטית קוונטית בחלל. בניסוי QUantum Experiments at Space Scale, או QUESS, הלוויין הסיני מיציוס (Micius) החליף בהצלחה מידע מוצפן קוונטית עם תחנות קרקע ברחבי סין ובאוסטריה.
מאז ההפתעה הסינית, העולם שקוע במרוץ להצפנה אופטית קוונטית מהחלל. בין היתר, סוכנות החלל האירופית תומכת בהוכחת היתכנות של חברת SES הלוקסמבורגית. SES עתידה לשגר את הלוויין איגל-1 (Eagle-1) בסוף השנה הזאת או בשנה הבאה. ואילו ב-2021 החליטו ארה"ב, בריטניה, יפן, קנדה, איטליה, בלגיה ואוסטריה לחבור יחד כדי לפתח מערך לווייני ראשון שיעשה שימוש בהצפנה קוונטית. המערך המשותף, Federate Quantum System, או FQS, יתבסס על הטכנולוגיה שמפתחת חברת הסטרטאפ הבריטית ארקיט (Arquit) וישמש את בעלות הברית להעברת מידע צבאי – למשל פקודות לכטב"מים.
כמו כן יצוין שב-2023 חנך המרכז למדע וטכנולוגיה קוונטית באוניברסיטת תל אביב את תחנת הקרקע הראשונה בישראל לתקשורת אופטית. התחנה כוללת כיפת מצפה לוויינים בקוטר 4.25 מטרים, טלסקופ באור נצפה וטלסקופ בתת-אדום, שנקנה בתמיכה סוכנות החלל הישראלית, מערכת עקיבה, מצלמה מהירה ראשית ומצלמות משניות, לייזרים, גלאי פוטונים בודדים ורובוט עקיבה המאפשר נשיאה בו-זמנית של שני טלסקופים. האוניברסיטה שיגרה את הננו-לוויין TAU-SAT3 שהצליח לתקשר אופטית עם תחנת הקרקע, ובימים אלה בונים ובוחנים באוניברסיטה פרוטוקולים לתקשורת אופטית קוונטית.
אבל כל הניסיונות האלה נעשו ויעשו ממסלול לווייני נמוך (LEO) ומסלול מסונכרן-שמש (SSO), כלומר לגובה של כמה מאות קילומטרים מעל פני הים. התוכנית האירופית שאפתנית במיוחד, שכן היא עתידה לשגר את הלוויין למסלול גאוסטציונרי (GEO), כלומר לגובה 36,786 ק"מ מעל פני הים.
אומנם אותות בחלל אינם דועכים בקצב מהיר כמו בסיבים אופטיים על הקרקע, ובכל זאת מדובר בפוטונים בודדים של אור שיצטרכו להיקלט בתחנת הקרקע ממרחק של 36,786. מאידך גיסא, לוויין גאוסטציונרי מסתובב עם סיבוב כדור הארץ, כך שמנקודת המבט של תחנת הקרקע הוא יהיה נייח כמעט לחלוטין. זה יתרון גדול, שיאפשר ללוויין אחד לחבר בתקשורת רציפה שתי יבשות, למשל אירופה ואמריקה, מבלי להזדקק ליכולות מעקב מורכבות.