В прошлом году, 16 августа, Китай вывел на орбиту первый в мире квантовый спутник связи QUESS («Мо-Цзы»). На днях в журнале Science вышла статья, где рассказывается о первых научных результатах миссии этого спутника. Сообщается, что китайские учёные достигли поставленных задач — спутнику удалось передать запутанные фотоны двум наземным станциям, находящимся друг от друга на расстоянии в 1200 км.
Квантовая запутанность — это одно из явлений квантовой механики, которое Альберт Эйнштейн охарактеризовал выражением «призрачное взаимодействие на расстоянии». Пары запутанных квантовых частиц связаны друг с другом таким образом, что изменение квантового состояния одной из частиц моментально оказывает воздействие на состояние второй частицы, невзирая на разделяющее их расстояние.
Для создания пар запутанных фотонов на орбите «Мо-Цзы» использовал специальный кристалл, который формировал около шести миллионов пар запутанных фотонов в секунду. Затем пары фотонов отправляли с помощью двух телескопов к наземным обсерваториям: Дэлинха (Тибет), Наньшань (Урумчи) и Гаомеигу (Юньнань). Как телескопы спутника, так и телескопы-приемники требовали высокой точности наведения — «Мо-Цзы» двигался по орбите со скоростью около 8 км/с.
По словам ученых, проведённый эксперимент «открывает новые возможности для реализации квантовых каналов связи для проведения фундаментальных экспериментов в области квантовой оптики на расстояниях, принципиально недоступных на Земле».
В настоящее время китайские специалисты начали готовиться к проведению новых экспериментов, цель которых — передача данных на ещё более внушительные расстояния. Они рассчитывают использовать запутанные фотоны 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. Оборудование «Мо-Цзы» позволяет передавать фотоны только ночью, но с развитием технологии такая связь станет возможной и при дневном свете.
«Если Китай отправит больше спутников квантовой коммуникации на орбиту, то ориентировочно к 2030 г. мы можем ожидать появления всемирной сети квантовых коммуникаций», — говорит ведущий исследователь проекта Пан Джианвей. Квантовые коммуникации будут использоваться в сферах обороны, энергетики и телевещания. В течение следующих пяти лет они создадут рынок объемом в 7,54 млрд. долл.
Китай — не единственная страна, которая работает над созданием квантовых сетей в космосе. Исследователи Университета Стратклайда (Великобритания) и Национального университета Сингапура в рамках совместного проекта рассчитывают с помощью относительно недорогих спутников формата CubeSat обеспечить «квантовую телепортацию». В то же время команда канадских исследователей хочет разработать надежный способ генерации запутанных фотонов на земле, прежде чем переходить на следующий уровень со спутниками в космосе.
Неделю назад китайские инженеры продемонстрировали работу протокола безопасных квантовых коммуникаций (Quantum Secure Direct Communication, QSDC) в сочетании с квантовой памятью — эта комбинация необходима для контроля за передачей информации. QSDC позволяет передавать секретные сообщения по квантовому каналу напрямую. В отличие от большинства других методов квантовой связи, QSDC не требует, чтобы обе стороны, участвующие в сеансе связи, обладали приватным ключом заранее.
