Физици опитаха квантовата комуникация на бъдещето

Екип физици от университета на Падуа в Италия начело с Паоло Вилорези проведе експеримент по „обстрел“ на четири космически спътника с поляризирани фотони.

По такъв начин учените демонстрираха основата на квантовата комуникация между Космоса и наземна станция. За резултатите от изследването те разказват в статия в сайта ArXiv.org.

Квантовите комуникации се осъществяват чрез оптични влакна, но разстоянието, на което може да се предаде информация по такъв начин, е доста несъществено, тъй като фотоните в определен момент може да се погълнат от материала на проводника. Други начини за осъществяване на връзка подразбират изпращането на сигнали непосредствено чрез въздуха, но отново на кратки разстояния (рекордът е 144 км) поради смущения.

Новият експеримент увеличава разстоянието, на което теоретично може да се предават данни посредством квантова комуникация без смущения. Досега учените смятаха, че главен проблем ще бъдат атмосферните смущения, които препятстват прякото съобщение между Земята и Космоса. Честота на грешките при такова предаване на данни трябва да е 11%.

За своя експеримент италианските учени използвали вече съществуващи космически спътници. Целите в Космоса били избрани по металните отражатели, които били „обстрелвани“ с фотони. Обикновено тези огледала се използват за отражение на лазерни импулси, за да се изчислят едва забележими изменения в гравитацията на Земята.

Изследователите изчислили, че ако съхранят поляризацията на частиците светлина, то те са подходящи за демонстрация на потенциала на квантовите комуникации. За контролна „група“ послужил още един спътник без отражатели.

Използвайки уредите на Обсерваторията за лазерна далекометрия в Матера (MLRO), физиците изпратили фотоните към набелязаните цели и ги уловили отразени. Фотоните при изпращане били въведени в четири различни квантови състояния, което е необходим минимум за генериране на ключ за шифроване.

Всеки спътник при обстрел се намирал точно над обсерваторията, което позволило да се съкрати разстоянието до 2600 км и да се намалят смущенията. Резултатите от измерванията показали, че връзката с контролния спътник дала около 50% смущения, както се и очаквало, а връзката с останалите била под 11-процентовия праг на грешки.

За да изключат възможността от регистриране на фонови фотони, които не са били изпратени, Вилорези и колегите му регистрирали само тези частици, които попадали в детектора в рамките на тесен времеви прозорец. Обсерваторията влязла в качеството на предавател и приемник.

Изследователите съобщават, че в бъдеще спътниците за квантова комуникация трябва да имат високо ниво на безопасност за квантово разпределяне на ключове.

Според Вилорези масовата квантова комуникация най-вероятно ще се осъществява чрез обичайни оптични влакна, тъй като по този начин данните се предават по-бързо, отколкото по турбулентния въздух.

Скоростта на предаване на информация през квантови мрежи е поне 1 мегабит в секунда, но това далеч не е пределът. Един ден безжичното предаване на кюбити информация ще достигне оптимална скорост и квантовите съобщения с космически кораби ще станат удобни и бързи.

Да добавим, че през 2016 година Китай планира да изведе на орбита нов спътник, специално предназначен за изпитания на система за квантова комуникация. Аналогични програми на други страни засега се пазят в тайна.