Команда фізиків з університету Падуї в Італії на чолі з Паоло Віллорезі (Paolo Villoresi) провела експеримент по “обстрілу” чотирьох космічних супутників поляризованими фотонами. Таким чином вчені продемонстрували основи квантової комунікації між космосом і наземними станціями. Про результати дослідження вони розповіли в статті, викладеної на сайті препринтів ArXiv.org.
Квантові комунікації здійснюються через волоконно-оптичні кабелі, проте відстань, на яку можна передати інформацію таким способом, досить несуттєва, оскільки фотони в певний момент можуть повністю присвятити свій час матеріалам провідника. Інші способи здійснення зв’язку передбачають відправку сигналів безпосередньо через повітря, але знову ж тільки на короткі відстані (рекорд становить 144 кілометри) із-за перешкод.
Читайте також: Квантовий інтернет
Новий експеримент збільшує відстань, на яку теоретично можна передати дані за допомогою квантової комунікації, і зробити це без перешкод. Досі вчені вважали, що головною проблемою будуть атмосферні перешкоди, які перешкоджають прямим повідомленням Землі і космосу. Частота помилок при такій передачі даних повинна становити 11%.
Для свого експерименту італійські вчені використовували вже наявні космічні супутники. Цілі в космосі були обрані з металевим кутовим відбивачем, які “обстріляли” фотонами. Зазвичай ці дзеркала використовуються для відображення лазерних імпульсів, щоб обчислити ледь помітні зміни в гравітації Землі.
Дослідники підрахували, що якщо зберегти поляризацію частинок світла, то вони підійдуть під демонстрацію потенціалу квантових комунікацій. Контрольною групою” став ще один супутник, непокритий кутовим відбивачем.
Використовуючи прилади лазерної Обсерваторії дальнометрії в Матере (MLRO), фізики відправили фотони до намічених цілей і зловили відображеними на Землі. Фотони при відправці ввели в чотири різних квантових стани, що є необхідним мінімумом для генерації ключа шифрування.
Кожен супутник при обстрілі знаходився прямо над обсерваторією, що дозволило скоротити відстань до 2600 кілометрів і зменшити перешкоди. Результати вимірювань показали, що зв’язок з контрольним супутником дало близько 50% перешкод, як і очікувалося, а зв’язок з рештою був нижче 11%-ного порогу помилок.
Щоб виключити можливість детектування фонових фотонів, які не були відправлені спочатку, Віллорезі і його колеги реєстрували лише ті частинки, які потрапляли в детектор в рамках вузького тимчасового вікна. Обсерваторія виступала в якості передавача і приймача.
Дослідники повідомляють, що в майбутньому супутники квантових комунікацій повинні бути забезпечені високим рівнем безпеки за рахунок квантового розподілу ключів. Адже саме заради збереження переданих даних людство і прагне до реалізації ідеї квантової комунікації.
Читайте також: 10 приголомшливих відкриттів у фізиці
За словами Віллорезі, комерційна квантова комунікація, швидше за все, буде здійснюватися через звичні волоконно-оптичні кабелі, оскільки так передавати дані швидше, ніж за турбулентності повітря. Швидкість передачі інформації через квантові мережі складатиме, принаймні, 1 мегабіт в секунду, але це далеко не межа. Одного разу бездротова передача кубітів інформації досягне оптимальної швидкості, і квантові повідомлення з космічними кораблями стануть зручними і швидкими.
Додамо, що до 2016 року Китай планує вивести на орбіту новий супутник, спеціально призначений для випробування систем квантової комунікації. Аналогічні програми інших країн поки тримаються в секреті.