Квантовый рывок: сигналы с Земли в космос теперь стали возможны
Учёные давно мечтали о создании квантового интернета — сети настолько безопасной, что её данные были бы неуязвимы. Но одна критически важная деталь казалась невозможной: отправка сплетённых частиц света из Земли на орбитальные спутники. Теперь исследователи полагают, что эта преграда преодолена.
Сплеченные фотоны похожи на крошечных космских близнецов; измерение одного мгновенно влияет на другое, независимо от расстояния между ними. Это «зловещее действие на расстоянии», как гениально назвал это Эйнштейн, является ключом к созданию неуязвимой к взлому квантовой связи. В настоящее время мы можем отправлять эти сплетенные фотоны с спутников на наземные станции, но направление в обратном направлении считалось невозможным из-за неустойчивости сигнала во время путешествия через атмосферу Земли.
Новая работа группы ученых из Университета технологии Сиднея (UTS) ставит этот допущение под сомнение. Их исследование демонстрирует, что передача квантовых сигналов с Земли в космос осуществима, бросая вызов тому, что ранее считалось границами физики.
«Мы смоделировали, как два одиночных фотона, выпущенных из разных наземных станций, могли бы встретиться точным образом с спутником, находящимся на орбите в 500 километрах над Землей», — поясняет Саймон Девитт, физик UTS, участвовавший в исследовании. «Эта «встреча» могла бы вызвать квантовую интерференцию».
Модель учитывала многочисленные реальные проблемы: атмосферные условия, блуждающий свет, отражение солнечного света от Луны — даже несовершенства оптического оборудования, используемого для наведения. Удивительно, но результаты показали, что условный канал может работать.
Почему это важно: квантовый интернет ближе, чем мы думаем
Итак, почему этот прорыв столь значителен? Представьте себе глобальную сеть, работающую за счет неуязвимой квантовой связи. Вот обещание квантового интернета.
Сегодня спутники генерируют пары сплетенных фотонов и посылают их на Землю. В то время как отправка их вверх технически возможна, делать это с наземных станций куда более целесообразно.
Наземное оборудование обладает необходимой мощностью для создания триллионов за секунду этих пар фотонов — намного больше, чем может сделать спутник. Эти сплетенные фотоны затем направляются на спутники для распространения по более широким сетям.
«Спутнику требуется лишь компактный оптический блок для интерференции поступающих фотонов и передачи результата», — объясняет Девитт. «Ему не нужны сложные, энергоемкие приборы для создания всех этих фотонов». Такой подход радикально снижает как стоимость, так и размеры, делая инфраструктуру квантового интернета более практичной.
Исследование признает, что эта система изначально будет работать лучше всего ночью, избегая помех от солнечного света. Однако тщательная калибровка могла бы продлить работу в течение дня. Это ограничение является ступенью, а не непреодолимой преградой.
«Будущие испытания могут использовать беспилотники или воздушные шары в качестве приемников», — предлагает Девитт. «Мы приближаемся к тому, чтобы сделать квантовое запутывание товаром, подобным электричеству — незаметным для пользователей, но питающим сети завтрашнего дня».
Развитие этой двухсторонней квантовой связи открывает увлекательные возможности для безопасной передачи данных и распределённых квантовых вычислений в будущем.
