Учёные впервые доказали возможность квантовой связи с Земли на орбиту
Впервые в мире учёные доказали принципиальную возможность передачи квантовых пучков света с Земли на орбиту. Это достижение, демонстрирующее работоспособность восходящих каналов связи, знаменует собой важный шаг на пути к созданию глобального квантового интернета. До сих пор квантовая связь со спутниками ограничивалась исключительно нисходящими каналами, когда частицы света передаются из космоса на наземные станции для создания сверхзащищённых линий связи.
Исследование, проведённое командой учёных из Технологического университета Сиднея, показало, что эти световые пучки можно также успешно отправлять и с Земли в космос. Как отметил профессор Александр Солнцев, текущие квантовые спутники создают запутанные пары частиц в космосе и затем отправляют каждую из частиц пары вниз на две разные наземные станции. Этот метод, в основном применяемый в криптографии, где для генерации секретного ключа требуется всего несколько фотонов, считался единственно возможным.
Изначально идея восходящего канала не рассматривалась, так как учёные полагали, что она не будет работать из-за потерь сигнала, помех и рассеивания. Однако профессор Девитт и его команда смоделировали и продемонстрировали метод, доказывающий обратное. Суть подхода заключается в том, чтобы одновременно направить два отдельных фотона с двух разных наземных станций на спутник, находящийся на орбите высотой 500 км и движущийся со скоростью около 20 000 км/ч, таким образом, чтобы они встретились и подверглись квантовой интерференции. Моделирование с учётом реальных условий, включая фоновую засветку от Земли, отражённый солнечный свет от Луны, атмосферные эффекты и неидеальное совмещение оптических систем, показало, что восходящий канал связи является осуществимым.
По словам исследователей, эта концепция может быть использована для построения будущих квантовых сетей, охватывающих разные географические регионы, с использованием небольших спутников на низкой орбите. Восходящий канал способен обеспечить высокую пропускную способность, необходимую для квантовых сетей, поскольку спутникам потребуются лишь небольшие оптические модули для обработки входящих фотонов, без необходимости нести на себе тяжёлое оборудование для генерации квантового света. Это делает систему значительно легче, дешевле и практичнее. В долгосрочной перспективе учёные полагают, что квантовая запутанность станет такой же базовой утилитой, как электричество, работая в фоновом режиме и обеспечивая работу устройств и сетей нового поколения.
Исследование было в научном журнале Physical Review Research.