Мы уже рассказывали нашим читателям, что в прошлом году в грузовом отсеке ракеты Long March 2D, запущенной с космодрома Центра запуска спутников Цзючуан (Jiuquan Satellite Launch Center), в космос отправился квантовый коммуникационный спутник Micius, получивший свое название в честь древнего китайского философа. Спутник был помещен на солнечную синхронную орбиту и он находится постоянно в одной точке пространства по отношению к Земле. На спутнике Micius установлен крайне чувствительный фотодетектор, способный измерить квантовое состояние прибывающих с земли фотонов лазерного света.
Это дает ученым возможность осуществлять практическую проверку работы базовых квантовых технологий, таких, как использование квантовой запутанности, квантовую криптографию и квантовую телепортацию.
Не так давно исследовательская группа, работающая со спутником Micius, уже публиковала некоторые из своих достижений, а буквально на днях китайские ученые опубликовали более детальные результаты проведения квантовых экспериментов. Нам уже известно, что китайские исследователи создали первую в истории квантовую сеть космической связи, установив рекорд по дальности использования явления квантовой запутанности. И при помощи этой квантовой запутанности им удалось впервые телепортировать объект, крошечный фотон света, с поверхности Земли на орбиту.
Здесь следует заметить, что квантовая телепортация не подразумевает перемещения какого-либо материального объекта. При квантовой телепортации осуществляется лишь мгновенная передача квантового состояния от одной из двух запутанных на квантовом уровне частиц, фотонов в данном случае. Квантовая телепортация уже была неоднократно осуществлена в лабораториях на земле, но состояние квантовой запутанности является чрезвычайно хрупким, и взаимодействие одного запутанного фотона с атомами или молекулами атмосферы или материала оптоволокна тут же разрушает его. В результате этого максимальная дальность, на которой можно было использовать явление квантовой запутанности, исчислялось до этого сотней километров с небольшим.
Однако спутник Micius движется по орбите, удаленной от поверхности Земли на 500 километров, и большую часть пути от Земли до спутника, фотоны проходят в условиях космического вакуума. Кроме этого, для минимизации влияния атмосферы на фотоны, наземная базовая станция была установлена в Тибетских горах на высоте 4 тысячи метров над уровнем моря. Таким образом, расстояние от станции до спутника Micius составляет 1400 километров, когда он выходит из-за горизонта, и 500 километров, когда спутник находится в зените.
Для проведения квантовых экспериментов китайские исследователи использовали источник, вырабатывающий пары запутанных фотонов со скоростью около 4 тысяч пар в секунду. Один из пары запутанных фотонов отправлялся в космос, а второй – оставался на Земле. По достижению одним фотоном датчика спутника Micius производилось синхронное измерение квантовых параметров обоих фотонов. И за 32 дня проведения такого эксперимента ученым удалось зарегистрировать 911 случаев успешной квантовой телепортации из миллионов фотонов, посланных в космос. При этом, некоторые из случаев были зарегистрированы на максимальной дистанции, составляющей 1400 километров.
Данное достижение является первым случаем квантовой телепортации с Земли в космос и рекордом по расстоянию использования явления квантовой запутанности. Более того, данная работа уже стала своего рода базой для технологий, которые будут разработаны и использованы в будущем, к примеру, дальней квантовой космической связи и глобального квантового Интернета.
Справка:
Спутник под названием QUESS (Quantum Experiments at Space Scale, «Квантовые эксперименты космических масштабов») получил неофициальное имя «Мо-цзы» (лат. Micius) в честь древнекитайского философа. Аппарат массой более 600 килограммов выйдет на солнечно-синхронную орбиту на высоте 500 километров и будет совершать оборот вокруг Земли за 90 минут.
QUESS предназначен для проведения экспериментов по космической связи с использованием квантового шифрования. В ходе двухлетней миссии он будет отправлять фотоны в состоянии квантовой запутанности к двум наземным станциям в Пекине и Урумчи, которые находятся на расстоянии 1200 километров друг от друга. Также с помощью спутника планируется провести эксперимент по квантовой телепортации.
В случае успеха миссии QUESS Китай планирует вывести на орбиту серию спутников квантовой связи для создания глобальной коммуникационной сети, защищенной от взлома.
Micius – первый в мире спутник квантовой связи, предназначенный для осуществления квантовой передачи информации и установка защищённого канала связи между Пекином и Веной, полностью неуязвимого для хакеров.
Так называемые квантовые сети решают проблемы перехвата или взлома информации за счет того, что фундаментальное положение квантовой физики – принцип неопределенности Гейзенберга – не позволяет “третьему лишнему” считывать информацию с канала данных и подбирать к ней ключ. При попытке кого-то постороннего взломать квантовый канал связи передаваемая информация будет попросту уничтожена.
Оборудование на спутнике предполагает проведение нескольких видов экспериментов на основе технологии квантовой телепортации. Основным экспериментом является передача по наземному каналу зашифрованного шифром Вернама сообщения, параллельно через спутник будет осуществляться прием и передача запутанных частиц, квантовые состояния которых будут в определенный момент времени являться ключами для шифра.
Спутник Micius несёт в себе специальный квантовый кристалл, который будет использоваться для создания устойчивого к взлому обычными методами ключа, а сам спутник может стать основой для построения защищённой системы связи.
Запуск Micius был произведён 15 августа 2016 в 20:40 с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-2D»
Квантовое шифрование предназначено для безопасной передачи ключа от кодированного сообщения, передаваемого по традиционным линиям связи. Информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик (поляризации, фазы и других). При попытке взлома квантовое состояние фотона нарушается, что будет заметно получателю сообщения при сверке ключа.
К настоящему времени рекорд дальности квантового шифрования составляет 400 километров, он принадлежит китайским физикам. Американским ученым удалось реализовать абсолютно устойчивое квантовое шифрование, в котором фотоны передают и ключ, и саму зашифрованную информацию. В России недавно прошли испытания первой «уличной» линии квантовой связи.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
