В одну из ночей в прошлом году зеленая точка появилась над горизонтом около китайско-мьянманской границей. "Это было похоже на очень большую зеленую звезду", говорик физик Чао-Янг Лу (Chao-Yang Lu). Лу, профессор Китайского Университета Науки и Технологий, наблюдал её из обсерватории китайского города Лицзян.
Ему и его коллегам пришлось среагировать быстро. Зеленая звезда на самом деле была лазером, светившим из спутника, прямо как из маяка, показывая нахождение космического аппарата. Зеленая точка неслась по неба и должна была исчезнуть через 10 минут. Поэтому, команда, состоящая из исследователей из различных научных институтов, зафиксировала телескоп на зеленой точке, надеясь увидеть кое- что поинтереснее - инфракрасные фотоны, излучаемые специальным кристаллом со спутника. Просматривая зеленый луч, они наконец сфокусировались на квантовом сигнале, сродни которому никто никогда не посылал.
Этот эксперимент был пробой многообещающей технологии квантовой криптографии, которая использует квантовые частицы, такие, как фотоны, для передачи защищенной информации. Но хрупкие квантовые частицы довольно-таки трудно передавать.
Если вы попытаетесь передать их через оптоволокно, то сигнал прервется примерно через 230км - не очень удачная затея, если вам нужно передать информацию через всю страну или на другую часть земного шара.
Исходя из этого, ученые давно предлагали использовать спутники для излучения квантовых частиц на дальние дистанции. Но им никогда не удавалось этого сделать до нынешнего времени. В прошедшем эксперименте спутник передал фотоны между двумя наземными станциями, находящимися в 1100км друг от друга, это новый рекорд. "Событие можно считать точкой отсчета в разработке технологий, увеличивающих дистанцию передачи квантовой информации", сообщает Элени Диаманти, вице-президент Парижского Центра Квантовых Вычислений, который не был вовлечен в работу. "В этом нет никаких сомнений."
Прошлым августом Китай запустил спутник стоимостью $100 млн, известный как Квантовые Эксперименты Космического Масштаба, с космодрома в Пустыне Гоби. Перед запуском исследователя разместили на борту сложную систему лазеров, зеркал и специальный кристалл. Когда специальный лазер освещал кристалл, создавались пары световых частиц, известных как запутанные фотоны. Кристалл создает 6 миллионов пар таких фотонов за раз, но две земные станции способны уловить только лишь одну пару в секунду. "Это довольно сложная задача", говорит Лу. "Это словно попытаться увидеть человеческий волос с расстояния 300 метров."
Лу и его коллеги считают, что квантовая криптография это инструмент шифрования, который будет использоваться в недалеком будущем.
Протокол шифрования работает следующим образом: сначала вы измеряете характеристики фотонов, чтобы создать ключ из нулей и единиц, который вы отправляете получателю. Затем, вы шифруете сообщение с помощью ключа и отправляете его. Если хакер попытается украсть ключ во время его передачи, ключ мгновенно поменяет набор чисел, о чем говорит теория квантовой механики. Как кот Шрёдингера. Поэтому хакер должен будет мгновенно поменять местоположение фотонов, из которых состоит ключ, что, в теории, невозможно физически. В рельности же может подвести оборудование: детекторы плохо считывают одиночные фотоны, от чего вы можете подумать, что вас взломали, либо закер может пошутить над вашим детектором, осветив его ярким светом.
Этот запуск - как и эксперимент - готовили очень давно. Дзян-Вей Пан (Jian-Wei Pan), физик, руководивший проектом, предлогал запуск такого спутника еще в 2003 году. Его команда из ста человек разрабатывали, строили и настраивали лазер и спутник на протяжении многих лет. Сначала они провели тестовый эксперимент на земной поверхности: передавали квантовые ключи на несколько километров, постепенно увеличивая дистанцию. Но тем не менее, их дела продвигались намного быстрее, чем у остальных исследователей, заявляет физик Томас Еневайн (Thomas Jennewein) из канадского университета в Ватерлоо, пославший квантовый ключ с поверхности Земли на борт самолета. Несколько лет назад он пытался провести подобные эксперименты на МКС. "Ни один из этих проектов не зашел дальше подготовителтного этапа из-за сложности и дороговизны", говорит Томас. "Но эти парни следовали своему пути и добились своего. Это просто замечательно."
Причиной такой продуктивности является то, что в этом заинтересованы высшие эшелоны китайского правительства. Это помогло команде проскочить мимо обычных бюрократических этапов. Правительство заинтересовано этими технологиями из-за того, что они хотят иметь "квантово-защищенную" сеть коммуникаций на национальном уровне, особенно в военных целях.
В то же время, исследователи из других стран пытают счастье в похожих экспериментам, но с меньшим успехом. Команда Диаманти, например, ожидает ответа от Европейского Космического Агенства на разрешение послать квантовые частицы с МКС на некоторые наземные станции в Европе. Пол Квэйт (Paul Kwait) из университета штата Иллинойс руководит попытками США совершить похожий эксперимент с МКС и НАСА.
Но ни у кого из них нет настолько абмициозных планов, как у Китая. Лу рассказывает, что планирует провести еще один эксперимент с другого спутника на более высокой орбите, что позволит передать квантовые частицы на более дальние расстояния. Имеются планы по передаче квантовых частиц между Китаем и Австрией, где у команды есть партнеры. К 2030 году планируется запуск целого флота спутников для образования единой сети. Когда интересы политики и науки идут в одном направлении, это не похоже ни на что другое.
