За допомогою супутника “Мо-Цзи” фізики з Китаю, Сінгапуру і Великобританії об’єднали міста Наньшань і Делінха найдовшою повноцінною квантовою лінією зв’язку, що захищена від злому.
«За допомогою супутника зв’язку ми зробили квантовий обмін ключами між двома наземними станціями, які перебувають на відстані 1120 км один від одного. Це стало можливим завдяки тому, що ми підвищили ефективність передачі заплутаних фотонів приблизно в чотири рази і досягли швидкості в 0,12 біт в секунду», – пишуть дослідники.
Одна з головних проблем в роботі сучасних систем квантової зв’язку полягає в тому, що світло при русі через оптоволокно поступово “згасає”. Тому при використанні наземних систем передачі даних відстань між вузлами квантових мереж зараз становить всього кілька сотень кілометрів.
Фізики намагаються вирішити цю проблему двома шляхами. З одного боку, її можна обійти за допомогою так званих повторювачів квантових сигналів – пристроїв, які можуть зчитувати квантові сигнали, що в них надходять, посилювати їх і відправляти адресату, не порушуючи цілісності даних.
З іншого боку, підвищити дальність передачі квантової інформації можна, обмінюючись даними не через наземні оптоволоконні кабелі, а через супутники зв’язку. Зокрема, ще у вересні 2016 року китайські вчені під керівництвом професора Шанхайського університету Цзянь-Вей Паня запустили подібний апарат – орбітальний зонд “Мо-Цзи”. Крім того, вони успішно використовували його для перших “міжконтинентальних” сесій передачі квантової інформації.
Ці експерименти, як відзначають Пань і його колеги, показали, що зашифровані дані можна передавати подібним чином. Однак кількості переданих фотонів не вистачало для того, щоб повноцінно шифрувати з’єднання в рамках стандартних протоколів наземних ліній зв’язку.
Це пов’язано з тим, що “Мо-Цзи” залишається в “полі зору” наземних станцій досить недовго. За цей час потрібно встигнути передати повний ключ для шифрування даних, які підуть через наземні лінії. Цього можна досягти двома шляхами – підвищити ефективність вже існуючої системи виявлення заплутаних фотонів, або ж зробити їх джерело більш потужним.
Пань і його колеги пішли першим шляхом, підвищивши чутливість наземних телескопів, які грають роль приймачів космічних квантових сигналів, а також розробивши нові оптичні і механічні компоненти, які дозволяють цим приладам точніше наводитися на “Мо-Цзи” і вловлювати більше заплутаних часток світла.
Використовуючи ці телескопи, фізики створили постійний канал зв’язку, який з’єднав китайські міста Наньшань і Делінха, розташовані на відстані 1120 км один від одного. Він може передавати повноцінний ключ для шифрування даних в рамках короткої сесії зв’язку із супутником, яка триває не більше 285 секунд. За цей час “Мо-Цзи” видно одночасно і в Наньшане, і в Делінхе.
Таким чином, як відзначають Пань і його колеги, вчені побили всі існуючі “наземні” рекорди по дальності передачі квантових ключів. У минулому фізики добилися цього лише на відстанях близько ста кілометрів, тоді як “Мо-Цзи” зміг в десять разів збільшити це досягнення.
Втім, поки швидкість передачі даних вкрай мала – один байт інформації передається приблизно півтори хвилини. Вчені вважають, що вони зможуть прискорити відправку квантових ключів в сотні разів, якщо підвищать потужність передавача на борту “Мо-Цзи” на два порядки. Вони вже робили подібне під час інших експериментів із супутником.
Якщо ця ідея буде успішною, то це, як сподіваються фізики, переведе “Мо-Цзи” з експериментальних квантових супутників в розряд систем зв’язку, якими можна буде користуватися на практиці для створення своєрідного космічного квантового інтернету.
Читайте також: