Физики из Китая, Сингапура и Великобритании при помощи спутника "Мо-Цзы" объединили города Наньшань и Дэлинха самой длинной полноценной квантовой линией связи, защищенной от взлома. Об успешном эксперименте рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature.
"С помощью спутника связи мы произвели квантовый обмен ключами между двумя наземными станциями, которые находятся на расстоянии 1120 километров друг от друга. Это стало возможно благодаря тому, что мы повысили эффективность передачи запутанных фотонов примерно в четыре раза и достигли скорости в 0,12 бит в секунду", - приводит фрагмент статьи ТАСС.
Ученые много лет разрабатывают способы шифрования данных и их надежной передачи, однако существующие на сегодняшний день методы обладают двумя недостатками: передачу данных можно "подслушать" и расшифровать при использовании достаточных вычислительных мощностей. Квантовые сети решают обе эти проблемы за счет того, что фундаментальное положение квантовой физики - принцип неопределенности Гейзенберга - не позволяет считывать информацию с канала данных и подбирать к ней ключ, поскольку при попытке постороннего взломать квантовый канал связи передаваемая информация будет уничтожена.
Одна из главных проблем в работе современных систем квантовой связи заключается в том, что свет при движении через оптоволокно постепенно "угасает". Поэтому при использовании наземных систем передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей сейчас составляет всего несколько сотен километров. Чтобы исправить этот недостаток технологии исследователи применяют повторителей квантовых сигналов (устройства, способные считывать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных), а также используют для обмена данными не наземные оптоволоконные кабели, а спутники связи, включая спутник "Мо-Цзы", который был специально создан для экспериментов в области квантовой связи.
Проведенные ранее эксперименты показали, что зашифрованные данные можно передавать, но количества передаваемых фотонов не хватало для полноценной шифровки соединения с использованием стандартных протоколов наземных линий связи. Это объясняется тем, что "Мо-Цзы" находится в зоне видимости наземных станций недолго, и за это время нужно передать полный ключ для шифровки данных. Решить эту проблему можно за счет повышения эффективность существующей системы обнаружения запутанных фотонов, или же усиления мощности их источника. В данном случае ученые избрали первый вариант - им удалось повысить чувствительность наземных телескопов, которые играют роль приемников космических квантовых сигналов, а также разработать новые оптические и механические компоненты, которые позволяют этим приборам точнее наводиться на "Мо-Цзы".
Используя эти телескопы, физики создали постоянный канал связи, соединив города Наньшань и Дэлинха и десятикратно побив прежние рекорды дальности передачи квантовых ключей. По этому каналу можно передавать полноценный ключ для шифрования данных в рамках короткой сессии связи со спутником, которая длится не более 4,5 минуты (в течение этого времени спутник видят станции в обоих городах).
Однако пока что скорость передачи данных по этому каналу очень мала. Физики рассчитывают улучшить этот показатель в сотни раз за счет повышения мощности передатчика "Мо-Цзы" на два порядка (это уже происходило в ходе других экспериментов с использованием этого аппарата). В случае если этот план сработает, "Мо-Цзы" превратится из экспериментального квантового спутника в пригодную для практического использования систему квантовой связи.
Спутник "Мо-Цзы", получивший имя в честь китайского философа и ученого, жившего в V веке до нашей эры, был запущен в августе 2016 года. Миссия спутника, который находится на 500-километровой орбите, совершая оборот вокруг Земли за 90 минут, изначально была рассчитана на два года.