В будущем квантовые спутники, передающие на землю запутанные пары фотонов, могут стать основой самых защищённых коммуникационных сетей.


Год назад Китай снарядил на орбиту первый в мире спутник квантовой связи. Наконец, амбициозный эксперимент дал первые результаты. Физики из Поднебесной отправили запутанные фотоны на две наземные станции, расположенные на расстоянии 1203 километров друг от друга, и тем самым побили рекорд дальности для состояния квантовой запутанности.

Специалисты считают, что результаты исследования являются огромным шагом на пути к созданию сверхзащищённых коммуникаций. В их основе лежит возможность обмена запутанными фотонами между пользователями, находящимися далеко друг от друга. Напомним, что в парах, связанных странным взаимодействием, изменение свойств одной частицы мгновенно меняет состояние другой, даже если они находятся далеко друг от друга.

Учёные рассчитывают использовать запутанные пары для создания криптографического ключа, который можно использовать для шифрования данных, передаваемых по обычным сетям. Кроме того, пользователи подобных систем сразу узнают о попытке взлома, потому что любое вмешательство в такую систему разрушает запутанность.

Но на практике создать квантовую сеть не так просто. Дело в том, что при прохождении через воздух или оптические волокна запутанные фотоны быстро распадаются. Физики использовали разные ухищрения, но до сих пор им удавалось отправить запутанные фотоны лишь на несколько сотен километров. Для создания полноценных коммуникационных сетей этого явно недостаточно, учитывая, что работы над квантовыми ретрансляторами ещё очень далеки от завершения.

Вот почему большие надежды возлагаются на квантовые спутники, первым из них стал китайский аппарат, названный в честь философа Мо-цзы.

Команда под руководством Цзянь-Вэй Пана (Jian-Wei Pan) из Университета науки и технологии Китая в Хэфэй направляла лазерный луч на установленный на спутнике кристалл, в результате чего образовывались пары запутанных фотонов с противоположным спином. Эти пары разделялись и посылались на станции Дэлинха и Лицзян, расположенные в разных районах Тибетского нагорья. Приёмное оборудование специально установили на большой высоте, где разряженный воздух не разрушает хрупкие фотоны.

Исследователям пришлось решить много технических проблем. Например, требовалось очень точно попасть на наземный детектор с учётом того, что спутник мчится в пространстве со скоростью восемь километров в секунду. Для этого космический аппарат "вели" три наземных телескопа, а специальное оборудование вносило корректировки в зависимости от турбулентности атмосферы и отсеивало лунный свет. В результате Пан и его коллеги смогли улавливать один фотон из шести миллионов, отправленных из космоса на Землю. Такая точность значительно выше, чем в предыдущих наземных экспериментах, хотя по-прежнему слишком мала для практического использования.

Когда учёные измерили спин у тысячи пар фотонов, он оказался противоположным гораздо чаще, чем можно ожидать в случае простой случайности. Таким образом, физики доказали возможность взаимодействия квантов на рекордном расстоянии.



В будущем Китай планирует отправить на орбиту новые спутники с более мощными излучателями. Оборудование "Мо-цзы" позволяет передавать фотоны только ночью, но с развитием технологии такая связь станет возможной и при дневном свете.

Подробнее с результатами работы китайских физиков можно ознакомиться в статье, которая была опубликована в издании Science.

В специальном разделе проекта "Вести.Наука" можно найти и другие интересные материалы о новостях, пожалуй, самой запутанной области физики.