|
Отправка квантовых сигналов с Земли на спутник
|
|
|
|
В настоящее время квантовые спутники передают запутанные частицы света из космоса на различные наземные станции для сверхбезопасной связи. Новые исследования показывают, что также возможно посылать эти сигналы вверх, с Земли на спутник, что когда-то считалось неосуществимым.
|
|
|
|
Этот прорыв позволяет преодолеть значительные барьеры на пути современной квантовой спутниковой связи. Передатчики наземных станций получают доступ к большей мощности, их проще обслуживать и они могут генерировать гораздо более мощные сигналы, что позволит в будущем создавать квантовые компьютерные сети с использованием спутниковых ретрансляторов.
|
|
|
|
Исследование "Распределение квантовой запутанности по восходящим спутниковым каналам связи", проведенное профессором Саймоном Девиттом, профессором Александром Солнцевым и исследовательской группой из Технологического университета Сиднея (UTS), опубликовано в журнале Physical Review Research.
|
|
|
|
В 2016 году Китай запустил спутник Micius, который позволил провести первые эксперименты по передаче квантово-зашифрованной информации из космоса. В 2025 году микроспутник "Цзинань-1" расширил этот прогресс, установив квантовую связь протяженностью 12 900 км между Китаем и Южной Африкой.
|
|
|
|
"Современные квантовые спутники создают запутанные пары в космосе, а затем отправляют каждую половину пары в два места на Земле — это называется "нисходящей линией связи", - сказал профессор Солнцев. "В основном он используется в криптографии, где для генерации секретного ключа требуется всего несколько фотонов (частиц света)".
|
|
|
|
|
|
|
Обратная идея, когда пары запутанных фотонов создаются на земле и отправляются вверх, на спутник, не была воспринята всерьез. Считалось, что "восходящий" подход не сработает из-за потери сигнала, помех и рассеяния.
|
|
|
|
"Идея состоит в том, чтобы направить две отдельные частицы света с отдельных наземных станций на спутник, находящийся на орбите в 500 км над Землей и движущийся со скоростью около 20 000 км в час, чтобы они встретились настолько идеально, что подверглись квантовой интерференции. Возможно ли это вообще?" - спросил профессор Девитт.
|
|
|
|
"Удивительно, но наше моделирование показало, что восходящая связь возможна. Мы включили такие эффекты реального мира, как фоновый свет от земли и отражения солнечного света от Луны, атмосферные эффекты и несовершенное выравнивание оптических систем", - сказал он.
|
|
|
|
Исследователи предполагают, что концепция восходящей линии связи может быть протестирована в ближайшем будущем с использованием беспилотных летательных аппаратов или приемников на воздушных шарах, что проложит путь для будущих квантовых сетей между странами и континентами с использованием небольших низкоорбитальных спутников.
|
|
|
|
"Квантовый интернет сильно отличается от современных криптографических приложений, которые только зарождаются. Это тот же основной механизм, но для подключения квантовых компьютеров требуется значительно больше фотонов — большая пропускная способность", — сказал профессор Девитт.
|
|
|
|
"Метод восходящей линии связи мог бы обеспечить такую пропускную способность. Спутнику нужен только компактный оптический блок для создания помех поступающим фотонам и передачи результата, а не квантовое оборудование для получения триллионов и более триллионов фотонов в секунду, необходимых для преодоления потерь на земле, что обеспечивает квантовую связь с высокой пропускной способностью. Это сокращает затраты и размеры компании и делает подход более практичным".
|
|
|
|
"В будущем квантовая запутанность будет чем-то похожа на электричество. Мы говорим о товаре, который питает другие объекты. Он генерируется и передается способом, который часто невидим для пользователя; мы просто подключаем наши приборы и используем его. В конечном счете, то же самое произойдет и с крупными сетями с квантовой запутанностью. Появятся квантовые устройства, которые будут подключаться как к источнику запутанности, так и к источнику питания, используя и то, и другое для выполнения чего-то полезного", - сказал он.
|
|
|
|
В проекте принимают участие эксперты инженерного факультета и факультета информационных технологий UTS, а также факультета естественных наук, которые объединяют свои знания в области квантовых сетей, системного моделирования и фотоники. В нем рассказывается о том, как межфакультетское сотрудничество в UTS помогает решать основные технологические задачи.
|
|
|
|
Источник
|
