Testing quantum-secure communication in space

Tuesday, May 11, 2021

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Researchers from Canada and the United Kingdom will test a new approach for secure communication using satellite-based quantum technology.

Led by Thomas Jennewein, a faculty member in the Department of Physics and Astronomy and the Institute for Quantum Computing, researchers at the University of Waterloo are developing the Quantum Encryption and Science Satellite (QEYSSat), with a quantum key distribution payload that will allow the transmission of unbreakable keys for securing information.

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The Waterloo team, which is leading the project, will closely collaborate with its Canadian partners Honeywell, the Canadian Space Agency, and researchers at the University of Calgary on demonstrating a novel quantum protocol onboard the QEYSSat mission.

U.K. aerospace company CraftProspect will collaborate with researchers at Strathclyde University and the University of Bristol to develop an integrated quantum transmitter.

By sending secret keys to ground stations on both sides of the Atlantic, the project will serve as a proof of concept for a global communications network secured by the laws of quantum physics. The first prototypes of the UK systems have been delivered and are now undergoing integration testing in Canada.

“It is crucial that we combine expertise from both sides,” Jennewein said. “Our U.K. partners are contributing their quantum key distribution source, while we will work with our Canadian partners to integrate that source into the QEYSSat optical payload.”

The researchers at Waterloo and Strathclyde will also collaborate on theoretical analysis and modelling of the quantum system, as well as developing secure communication protocols for the new quantum transmitter. 

The project will receive up to £300,000 from Innovate U.K., part of U.K. Research and Innovation, and up to $400,000 from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada as one of eight winners of the UK-Canada Quantum Technologies Competition announced in November.

The competition is part of an initiative to bring together industry, government and academia to accelerate the development of quantum technologies.

“This project will not only expand the capabilities of the QEYSSat mission, but of satellite-based quantum technologies in general,” Jennewein said.

Canadian Collaborators

University of Waterloo: Thomas Jennewein, Norbert Lütkenhaus
University of Calgary: Daniel Oblak
Honeywell
Canadian Space Agency

UK Collaborators

Craft Prospect
University of Bristol: John Rarity
University of Strathclyde: Daniel Oi


Test de communications sécurisées de manière quantique dans l’espace

Des chercheurs du Canada et du Royaume-Uni vont tester une nouvelle manière de sécuriser des communications à l’aide d’une technologie quantique installée à bord d’un satellite.Sous la direction de Thomas Jennewein, professeur à l’Institut d’informatique quantique ainsi qu’au Département de physique et d’astronomie, des chercheurs de l’Université de Waterloo mettent au point le QEYSSat (Quantum Encryption and Science Satellite – Satellite de cryptographie et physique quantiques), doté d’un dispositif de distribution quantique de clés qui permettra la transmission de clés inviolables pour sécuriser de l’information.

L’équipe de l’Université de Waterloo, qui pilote le projet, collaborera étroitement avec ses partenaires canadiens — Honeywell, l’Agence spatiale canadienne et des chercheurs de l’Université de Calgary — pour faire la démonstration d’un nouveau protocole quantique dans le cadre de la mission QEYSSat.

CraftProspect, entreprise aérospatiale du Royaume-Uni, collaborera avec des chercheurs de l’Université de Strathclyde et de l’Université de Bristol à la mise au point d’un transmetteur quantique intégré.

L’envoi de clés secrètes à des stations au sol situées de part et d’autre de l’Atlantique servira de preuve de faisabilité d’un réseau mondial de communications sécurisées par les lois de la physique quantique. Les premiers prototypes des systèmes britanniques ont été livrés au Canada, où ils font maintenant l’objet de tests d’intégration.

« Cette combinaison d’expertises est cruciale, a déclaré M. Jennewein. Nos partenaires britanniques fournissent leur source de distribution quantique de clés, alors que nous travaillons avec nos partenaires canadiens à l’intégration de cette source dans la charge utile optique du QEYSSat. » [traduction]

Les chercheurs de Waterloo et de Strathclyde collaboreront également à l’analyse théorique et à la modélisation du système quantique, ainsi qu’à la mise au point de protocoles de communication sécurisés pour le nouveau transmetteur quantique.

Le projet, qui est l’un des 8 gagnants de la compétition Canada–Royaume-Uni de technologies quantiques annoncés en novembre, recevra 300 000 £ d’Innovate U.K., qui fait partie de UKRI (UK Research and Innovation – Recherche et innovation Royaume-Uni), et jusqu’à 400 000 $ du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.

Cette compétition s’inscrit dans le cadre d’une initiative visant à réunir les secteurs industriel, gouvernemental et universitaire pour accélérer le développement de technologies quantiques.

« Ce projet accroîtra non seulement les capacités de la mission QEYSSat, mais aussi celles des technologies quantiques satellitaires en général » [traduction], a déclaré M. Jennewein.

Collaborateurs canadiens

Université de Waterloo : Thomas JenneweinNorbert Lütkenhaus
Université de Calgary : Daniel Oblak
Honeywell
Agence spatiale canadienne

Collaborateurs britanniques

Craft Prospect
Université de Bristol : John Rarity
Université de Strathclyde : Daniel Oi

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