RW Space

Со временем наука часто превращает невозможное в возможное, и последним примером этого является новое исследование, в котором рассчитывается возможность отправки квантовых сигналов с Земли на спутник – с потенциалом для создания более крупных и мощных сетей квантовой связи.

Уже можно отправлять запутанные частицы света со спутников на наземные станции, но идея возможности передачи фотонов в другом направлении – с Земли в космос – считалась невозможной из-за трудностей с сохранением сигнала стабильна.

Последнее исследование, проведенное командой Сиднейского технологического университета (UTS) в Австралии, предполагает, что это возможно. Он основан на подробной модели, которая использует обмен запутанностью с учетом вероятных атмосферных условий, положения спутников и помех от случайных фотонов и шума.

По теме: Телефонные звонки инопланетян могут быть квантовыми, и мы не готовы их слышать

«Идея состоит в том, чтобы запустить две отдельные частицы света с отдельных наземных станций на спутник, вращающийся на высоте 500 километров (310 миль) над Землей и путешествующий со скоростью примерно 20 000 километров в час, так что они встречаются настолько идеально, что подвергаются квантовой интерференции,« говорит физик UTS Саймон Девитт.

«Удивительно, но наше моделирование показало, что восходящая линия связи возможна. Мы включили в себя такие реальные эффекты, как фоновый свет от Земли и отражения солнечного света от Луны, атмосферные эффекты и несовершенное выравнивание оптических систем».

Так почему же это имеет значение? Квантовый интернет обещает сети, которые изначально невозможно взломать: как только посторонние лица хотя бы просматривают данные, они становятся шифрованными. Запутанные частицы, такие как фотоны, используются для проверки связи на каждом конце.

Сегодня эти секретные ключи можно создавать на спутниках, а затем передавать на землю. Легче поддерживать стабильность фотонов в направлении вниз, поскольку атмосферное рассеяние происходит в конце передачи, а не в начале. Кроме того, легче поражать более крупные и неподвижные цели на земле, чем перемещающийся спутник в космосе.

Большим недостатком является мощность: у спутников ее не так много. Однако наземные станции это делают. Выполнение более сложных задач на земле означает, что намного больше запутанных пар фотонов может быть произведено быстрее, а затем передано на спутники для дальнейшего распространения.

«Спутнику нужен только компактный оптический блок, чтобы интерферировать приходящие фотоны и сообщать о результате, — говорит Девитт, — а не квантовое оборудование для производства триллионов и триллионов фотонов в секунду, необходимых для преодоления потерь на землю, что позволяет создать квантовую связь с высокой пропускной способностью. Это сохраняет затраты и размеры уменьшаются, что делает подход более практичным».

Здесь есть некоторые предостережения. Хотя технически система могла работать с высоким уровнем точности (что обеспечивает надежность данных), она могла работать только ночью, вдали от воздействия солнечного света – и то только при тщательной калибровке. Но есть на что строить.

До полностью работающей сети квантовой связи еще далеко, но теперь мы знаем, что двусторонние системы возможны, по крайней мере теоретически. Исследователи предполагают, что будущие реальные испытания можно будет проводить с использованием приемников на дронах или воздушных шарах.

«В будущем квантовая запутанность будет немного похожа на электричество: товар, о котором мы говорим, который питает другие вещи», — говорит Девитт.

«Она генерируется и передается способом, который часто невидим для пользователя — мы просто подключаем наши приборы и используем их».

Исследование опубликовано. в области исследований Physical Review.