Китай створив квантовий сигнал за допомогою супутника зв'язку

Китайські вчені створили квантову лінію зв'язку. Її довжина перевищує тисячу кілометрів.

Міжнародна команда вчених оголосила про першу одночасної передачі зашифрованого квантового повідомлення, яке було відправлено з космічного супутника на два наземні телескопи, розташованих на відстані 1120 кілометрів один від одного. Таким безпечним каналом зв'язку вченим вдалося з'єднати міста Наньшань і Дэлинха. Правда, поки дані передаються досить повільно – на відправку одного байта йде близько півтора хвилин. Як іспанська El Pais, незважаючи на те, що квантові явища відбуваються в мікроскопічних масштабах, вони можуть чинити вплив на видимий світ.

Що таке квантовий канал зв'язку?

Використовуючи супутник «Мо-Цзи» фізики з Китаю, Великобританії та Сінгапуру створили квантовий канал зв'язку між двома китайськими містами. Необхідно відзначити, що одна з головних проблем в роботі сучасних систем квантової зв'язку полягає в тому, що світло при русі через оптоволокно поступово «згасає», тому для ретранслятора був використаний супутник «Мо-Цзи» (Micius):

Використовуючи супутник зв'язку «Мо-Цзи» нам вдалося здійснити квантовий обмін ключами між двома наземними станціями. Це стало можливим завдяки підвищенню ефективності передачі заплутаних фотонів приблизно в чотири рази і досягнення швидкості в 0,12 біт в секунду. А от використовуючи наземні системи передачі даних відстань між вузлами квантових мереж становить всього кілька сотень кілометрів – пишуть автори у новій роботі.

Теоретично, квантовий розподіл є абсолютно безпечним способом обміну секретними ключами між віддаленими користувачами. Метод ґрунтується на фундаментальних законах квантової фізики: процес вимірювання квантової системи змінює її стан. Як The Conversation, дві частинки можуть бути переплетені таким чином, що те, що відбувається з одного, миттєво відбувається з іншого, навіть якщо їх розділяють мільярди кілометрів. Якщо хтось намагається спостерігати ці частинки під час передачі, їх стан змінюється, а заплутаність порушується. Це властивість дозволяє створити систему зв'язку, теоретично неможливу для злому, оскільки сам факт спостереження знищує повідомлення.

Зображення надав Nature Juan Yin, / Nature, 2020

Якщо все, що відбувається здається дещо дивним, то вам буде цікаво дізнатися, що протягом багатьох років , Європа і США працюють над розвитком квантових комунікаційних мереж для надсилання офіційних повідомлень або створення систем кібербезпеки на стратегічних об'єктах. Раніше в лабораторних умовах дослідники продемонстрували експериментальне розподіл ключа використовуючи оптоволокна довжиною 421 км.

У дослідженні, в журналі Nature, вчені докладно описують передачу секретного ключа, написаного парами заплутаних фотонів — часточок світла за допомогою супутника «Мо-Цзи», який обертається на відстані 500 кілометрів від Землі. Використання супутника має вирішальне значення, оскільки передача цих повідомлень з використанням оптичного волокна втрачає багато фотонів, так що потрібні ретранслятори кожні 100 або 150 кілометрів. Більш того, ретранслятор з усіма його механічними компонентами може бути зламаний.

Світ квантової інформації

Примітно, що в опублікованому дослідженні вчені наочно демонструють захист своєї системи зв'язку від різних типів атак і показують, що вона безпечна. Її швидкість і ефективність в 100 мільйонів разів вище, ніж у наземного оптичного волокна. Робота закладає основу глобальної квантової комунікаційної мережі, підкреслюють автори дослідження. І дійсно, до цих пір нікому не вдавалося здійснити передачу квантового повідомлення на такій великій відстані.

Влада Піднебесної багато років інвестують великі суми грошей у нові технології квантової зв'язку як у космосі, так і на землі. У попередньому експерименті дослідникам вдалося підключити Пекін і Шанхай до волоконно-оптичної мережі для передачі квантових ключів. Крім того, країна поставила кілька рекордів у зв'язку з космосу, наприклад, передача в 2017 році квантового ключа, який дозволив підтримувати телеконференцію між Віднем і Пекіном на відстані понад 7000 кілометрів, до речі, також з допомогою супутника супутника «Мо-Цзи».

Квантова зв'язок – це сукупність методів для передачі закодованої інформації в квантових станах з однієї точки в іншу.

Різниця полягає в тому, що в минулий раз супутник виступав в якості сейфа для зберігання ключа при переміщенні з точки А у точку В. Саме під час передачі сигнал стає вразливим для шпигунства. Нагадаємо, що концепція квантової зв'язку була придумана в Європі, і саме тут були проведені перші фундаментальні експерименти в цій області. Але так як Китай робить велику ставку на освоєння цієї технології, ця галузь наукових досліджень щедро фінансується. Автори дослідження також вважають, що успіх останнього експерименту підштовхне Європу до розробки власної мережі, правда, використовуючи свої технологій. Що, не можу не відзначити, дещо дивно, так як у науки не існує кордонів.

Так чиінакше, наступною важливою віхою буде використання геостаціонарних супутників, розташованих на відстані близько 35 000 кілометрів від Землі дозволить збільшити відстань, на яку можуть передаватися зашифровані повідомлення за допомогою квантової технології. А як ви думаєте, до чого нас приведе створення квантової системи зв'язку? Відповідь