Впервые учёные доказали, что квантовые лучи могут быть отправлены с Земли на орбиту. Жизнеспособность таких восходящих каналов связи демонстрирует важный шаг к реализации квантового интернета.
Квантовые спутники используются для отправки частиц света (фотоны) из космоса на несколько наземных станций для создания сверхзащищённых каналов связи.
Однако исследование, проведённое группой учёных из Технологического университета Сиднея (UTS), показало, что эти световые лучи также могут быть отправлены с Земли в космос.
До сих пор квантовая связь ограничивалась нисходящими каналами. Этот метод безопасен и составляет основу квантового шифрования (сверхзащищённой передачи данных).
Читайте: Квантовый интернет будущего – Японская технология бьёт рекорды точности
Отслеживая предыдущий прогресс
Китай запустил спутник Мо-цзы (Micius) в 2016 году, сделав свой первый крупный шаг в квантовых коммуникациях.
Этот шаг позволил провести эксперименты в области космического квантового шифрования. В 2025 году прогресс продолжился: микроспутник Jinan-1 наладил квантовую связь на 12 900 км между Китаем и Южной Африкой, установив новый рекорд дальности.
«Существующие спутники создают запутанные квантовые пары (частицы, состояние которых взаимосвязано) в космосе, а затем отправляют каждую половину пары в два места на Земле — это называется нисходящий канал», — сказал профессор Александр Солнцев, член команды.
«В основном это используется для криптографии (наука о шифровании), где для генерации секретного ключа требуется всего несколько фотонов», — продолжил он.
Этот результат открывает возможности для построения более мощных и гибких квантовых коммуникационных сетей, что в итоге приведёт к созданию глобального квантового интернета.
Изменение направления потока
Идея восходящего канала связи изначально не рассматривалась, поскольку учёные считали, что она не сработает из-за потерь сигнала, помех и рассеяния.
Однако профессор Девитт и его команда продемонстрировали метод, доказывающий возможность обратного подхода.
«Идея состоит в том, чтобы запустить две отдельные частицы света с разных наземных станций на спутник, вращающийся на высоте 500 км над Землёй со скоростью около 20 000 км/ч, так, чтобы они встретились с идеальной точностью и подверглись квантовой интерференции (взаимодействие частиц)», — объяснил Девитт.
«Удивительно, но наше моделирование показало, что восходящий канал связи осуществим. Мы учли реальные факторы, как фоновый свет от Земли и отражение солнечного света от Луны, атмосферные эффекты и несовершенную юстировку оптических систем», — сказал он.
По мнению исследователей, концепция восходящего канала может быть использована для построения будущих квантовых сетей в разных регионах с использованием небольших низкоорбитальных спутников.
Команда исследователей добавила в свою модель реальные проблемы, как фоновый свет от Земли, отражения от Луны, атмосферные воздействия и незначительные рассогласования в оптических системах. Несмотря на эти трудности, модель продемонстрировала, что восходящая связь возможна.
Создание квантового интернета
«Квантовый интернет — это принципиально иная система по сравнению с нынешними зарождающимися криптографическими приложениями. Это тот же основной механизм, но вам требуется значительно больше фотонов — больше пропускная способность для соединения квантовых компьютеров», — сказал профессор Девитт.
Подход с восходящим каналом может обеспечить высокую пропускную способность, необходимую для квантовых сетей, поскольку спутникам потребуются лишь небольшие оптические блоки для обработки входящих фотонов, вместо того чтобы нести тяжёлое оборудование для генерации квантового света.
Это делает систему легче, дешевле и практичнее. В долгосрочной перспективе, по мнению исследователей, квантовая запутанность станет базовой услугой, незаметно обеспечивая работу устройств и сетей в фоновом режиме.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU