Квантовий стрибок: тепер можливі сигнали із Землі в космос
Вчені давно мріяли створити квантовий Інтернет – мережу, настільки безпечну, що її дані будуть невразливими. Але одна важлива деталь здавалася неможливою: відправка переплетених частинок світла від Землі до орбітальних супутників. Зараз дослідники вважають, що цей бар’єр подолано.
Заплутані фотони схожі на крихітних космічних близнюків; вимірювання одного миттєво впливає на інше, незалежно від відстані між ними. Ця «зловісна дія на відстані», як геніально назвав її Ейнштейн, є ключем до створення стійкого до злому квантового зв’язку. Наразі ми можемо відправляти ці заплутані фотони із супутників на наземні станції, але відправлення їх у зворотному напрямку вважалося неможливим через нестабільність сигналу під час подорожі крізь атмосферу Землі.
Нова робота групи вчених з Технологічного університету Сіднея (UTS) спростовує це припущення. Їхні дослідження демонструють, що передача квантових сигналів із Землі в космос можлива, кидаючи виклик тому, що раніше вважалося обмеженнями фізики.
«Ми змоделювали, як два окремих фотони, випущені з різних наземних станцій, точно зіткнуться із супутником, що обертається на 500 кілометрах над Землею», — пояснює Саймон Девітт, фізик UTS, який брав участь у дослідженні. «Ця «зустріч» може спричинити квантову інтерференцію».
Модель враховувала численні проблеми реального світу: атмосферні умови, розсіяне світло, відбиття сонячного світла від Місяця – навіть недосконалість оптичного обладнання, що використовується для націлювання. Дивно, але результати показали, що умовний канал може працювати.
Чому це важливо: квантовий Інтернет ближче, ніж ми думаємо
Тож чому цей прорив такий значний? Уявіть собі глобальну мережу, що працює на невразливих квантових комунікаціях. Це обіцянка квантового Інтернету.
Сьогодні супутники генерують пари переплетених фотонів і посилають їх на Землю. Хоча надсилати їх вгору технічно можливо, робити це з наземних станцій має сенс.
Наземне обладнання має потужність, необхідну для створення трильйонів цих пар фотонів за секунду — набагато більше, ніж може зробити супутник. Потім ці переплетені фотони надсилаються на супутники для розповсюдження в більш широких мережах.
«Супутнику потрібен лише компактний оптичний блок, щоб створювати перешкоди для вхідних фотонів і передавати результат», — пояснює Девітт. «Для створення всіх цих фотонів не потрібні складні, енергоємні інструменти». Цей підхід радикально зменшує вартість і розмір, роблячи квантову інтернет-інфраструктуру більш практичною.
Дослідження визнає, що ця система спочатку найкраще працюватиме вночі, уникаючи перешкод від сонячного світла. Однак ретельне калібрування може збільшити продуктивність дня. Це обмеження є кроком, а не непереборною перешкодою.
«Майбутні випробування можуть використовувати дрони або повітряні кулі як приймачі», — припускає Девітт. «Ми наближаємося до того, щоб зробити квантову заплутаність таким товаром, як електрика — невидимим для користувачів, але живлячим мережі завтрашнього дня».
Розвиток цього двостороннього квантового зв’язку відкриває захоплюючі можливості для безпечної передачі даних і розподілених квантових обчислень у майбутньому.
