Вчені з Технологічного університету Сіднея вперше довели, що передача квантових сигналів із Землі на супутник — технічно можлива. Це може стати проривом для створення глобального квантового інтернету. Про це повідомляє медіа про науку, технології та здоров’я КРВ.медіа з посиланням на текст дослідження, опублікованого у журналі Physical Review Research.
Чому аплінк вважався технічно неможливим
Передача квантових частинок — заплутаних фотонів — з супутника на Землю вже реалізована. Проте зворотний процес, так званий «аплінк» (uplink) — передача квантового сигналу з Землі на супутник — вважався надто складним через вплив атмосфери, фонове світло й технічну складність точно націлити сигнал на об’єкт, який рухається зі швидкістю понад 20 тисяч кілометрів на годину.
Квантові сигнали дуже вразливі: будь-яке стороннє світло, шум або найменша неточність в оптичному обладнанні можуть порушити заплутаність фотонів — явище, за якого дві частинки миттєво впливають одна на одну, навіть перебуваючи на великій відстані.
Моделювання від австралійських науковців: як це працює
Команда з Технологічного університету Сіднея під керівництвом фізика Саймона Девітта створила комп’ютерну модель, яка враховує реальні умови: фонове світло з Землі, відбиття від Місяця, атмосферні спотворення та похибки в оптичній системі.
Згідно з моделлю, дві незалежні наземні станції одночасно випускають по одному фотону, які мають зустрітися на супутнику, що перебуває на орбіті 500 кілометрів. Якщо ці частинки досягають цілі майже одночасно, відбувається явище, що називається «квантовим втручанням» (інтерференцією). Простими словами, це як коли дві хвилі накладаються одна на одну, формуючи новий сигнал. У цьому випадку це дає змогу встановити канал для захищеної комунікації.
«Наше моделювання показало, що аплінк можливий, попри всі зовнішні перешкоди», — розповідає Девітт. Головна перевага такого підходу в тому, що супутнику не потрібно створювати фотони — лише приймати їх. Це здешевлює і спрощує супутникове обладнання.
Чому аплінк відкриває шлях до масштабування квантового зв’язку
Сьогодні квантові мережі працюють переважно в напрямку «зверху вниз» — супутники передають шифровані ключі на наземні станції. Це зручніше, бо фотони втрачаються переважно в кінці шляху, коли вже легше стабілізувати сигнал. Крім того, наземні цілі — великі й нерухомі.
Але такий підхід має суттєвий недолік: обмежені ресурси на борту супутника. Створення мільярдів заплутаних фотонів потребує великої потужності, якої супутник забезпечити не може. Якщо ж перенести генерацію на землю, де енергії достатньо, — мережу можна масштабувати.
«Супутник лише фіксує результат взаємодії фотонів — йому не потрібно складне квантове обладнання, — пояснює Девітт. — Це дозволяє створити високошвидкісний квантовий зв’язок з мінімальними витратами».
Обмеження: нічна передача та перспектива тестів
У моделі враховано й обмеження. Наприклад, система може працювати лише вночі, коли відсутнє пряме сонячне світло. Крім того, навіть у темряві потрібно ретельно відкалібрувати обладнання, аби досягти майже одночасного прибуття фотонів до супутника.
Хоча моделювання показало високу технічну ймовірність успіху, мова йде лише про теоретичну розробку. Наступний крок — перевірка в реальних умовах. Дослідники пропонують спершу тестувати схему на менших платформах — наприклад, дронах або стратостатах.
Що таке квантова заплутаність і чому це ключ до безпеки
Квантова заплутаність — це явище, коли дві частинки (наприклад, фотони) залишаються пов’язаними незалежно від відстані. Якщо змінити стан однієї, інша миттєво реагує. Саме ця властивість використовується для створення захищених каналів зв’язку. Якщо хтось намагається перехопити сигнал, заплутаність руйнується, і дані стають непридатними для зчитування.
Це і є основа «вбудованої безпеки» у квантових мережах — механізм, який робить такі канали за своєю природою недоступними для зламу.
