Учёные доказали возможность «восходящей» квантовой связи с орбитой

Новое исследование опровергает прежние представления и доказывает, что создание квантовой связи возможно не только со спутника на Землю, но и в обратном направлении — с наземных станций на орбиту. Этот подход, ранее считавшийся непрактичным, может стать ключом к созданию глобального квантового интернета.

Учёные перевернули представления о квантовой спутниковой связи — отправка запутанных частиц с Земли на орбиту может стать основой будущего квантового интернета. Credit: Shutterstock

До сих пор квантовые спутники, такие как китайский «Мо-цзы» (Micius), работали по схеме «нисходящего» канала: создавали пары запутанных фотонов на орбите и отправляли их на наземные станции для создания защищённых каналов связи. Учёные из Технологического университета Сиднея (UTS) смоделировали обратный процесс — «восходящий» канал, где запутанные частицы генерируются на Земле и передаются вверх, на спутник.

«Идея в том, чтобы выстрелить двумя отдельными частицами света с разных наземных станций на спутник, летящий на высоте 500 км со скоростью 20 000 км/ч, так, чтобы они встретились и подверглись квантовой интерференции. Возможно ли это?» — говорит профессор Саймон Девитт.

Моделирование с учётом реальных помех, таких как фоновый свет Земли, отражения солнечного света от Луны и атмосферные эффекты, дало положительный ответ. Наземное оборудование обладает ключевыми преимуществами: оно может использовать больше энергии, его проще обслуживать, и оно способно генерировать более мощные сигналы.

Это открытие снимает серьёзные ограничения для будущих сетей, где спутники будут выступать ретрансляторами между квантовыми компьютерами. Для таких задач, в отличие от криптографии, требуются не единичные фотоны, а огромные потоки данных.

«Восходящий метод может обеспечить необходимую пропускную способность. Спутнику нужен лишь компактный оптический модуль для интерференции входящих фотонов, а не сложное квантовое оборудование для генерации триллионов частиц в секунду, что удешевляет и упрощает систему», — объясняет профессор Девитт.

Исследователи видят долгосрочную перспективу, где квантовая запутанность станет такой же повседневной инфраструктурой, как электричество. Следующим шагом может стать тестирование технологии с помощью дронов или приёмников на воздушных шарах, что приблизит создание масштабируемых квантовых сетей на базе небольших спутников.

Источник: University of Technology Sydney / журнал Physical Review Research