Ученые из Германии превратили обычные спутники в системы квантовой связи
Самые обычные спутники связи можно использовать для передачи и телепортации "запутанных" фотонов на сверхбольшие расстояния и организации систем межконтинентальной квантовой связи, защищенной от взлома, заявляют немецкие физики в статье, опубликованной в журнале Optica.
"Мы были очень удивлены тем, как хорошо квантовые состояния переживали транспортировку через атмосферу в сторону наземной станции связи. Мы показали, что современные системы оптической коммуникации на спутниках уже сейчас можно использовать для создания квантовых систем связи. Это заметно сократит стоимость их разработки и позволяет говорить, что первые подобные системы появятся уже через пять лет", - заявил Кристоф Марквардт (Christoph Marquardt) из Института изучения света в Эрлангене (Германия).
Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи - такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки" из-за того, что законы квантовой механики запрещают "клонирование" состояния частиц света. В настоящее время системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, в Китае, в США.
За последние годы ученые из России и зарубежных стран создали десятки систем квантовой связи, узлы которых могут обмениваться данными на достаточно больших расстояниях, составляющих около 200-300 километров. Все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, как свет угасает при движении через оптоволокно.
По этой причине многие команды ученых задумались о переводе систем квантовой связи на "космический" уровень, обмениваясь информацией через спутник, позволяющий восстанавливать или усиливать "незримую связь" между запутанными фотонами. Первый космический аппарат такого рода уже присутствует на орбите - им является китайский спутник "Мо-цзы", выведенный в космос в августе 2016 года.
Как отмечают Марквардт и его коллеги, разработка таких спутников "с нуля" может занять несколько десятилетий, что побудило ученых проверить, можно ли использовать уже существующие системы орбитальной оптической связи, применяемые на разных зондах и на МКС, для обмена квантовыми сигналами.
Для проверки этих идей ученые заручились поддержкой телекоммуникационной компании Tesat-Spacecom и Немецкого космического агентства DLR, чьи руководители позволили физикам вмешаться в работу лазеров на борту двух спутников - климатической обсерватории Sentinel-1 и одного из спутников связи из сети EDRS, выведенного в космос в 2016 году на борту российской ракеты "Протон".
Как обнаружили ученые, эти лазеры в принципе мало в чем отличались от тех, которые сегодня применяются для получения пар "запутанных" фотонов в наземных сетях квантовой связи. Это позволило физикам быстро приспособить их для работы в качестве одного из звеньев космической и наземно-космической квантовой сети.
Ее работу ученые проверили в прошлом году, установив контакт с наземной системой оптической связи, расположенной на острове Тенерифе. Измеряя поляризацию фотонов и другие их физические характеристики на земле и в космосе, ученые убедились в том, что частицы света действительно были запутаны и пригодны для передачи зашифрованных данных.
Сейчас ученые работают вместе с инженерами Tesat-Spacecom и разрабатывают полноценную систему квантовой связи, которая включает в себя все элементы, отсутствующие в уже запущенных спутниках, такие как квантовый генератор случайных чисел и системы "просеивания" шифровальных ключей.
