Лазерный мир

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.

Источник: https://ria.ru/20170615/1496593204.html