Гонка космической квантовой связи набирает обороты

Возможность послать из одного района мира в другой сообщение, которое нельзя незаметно перехватить, — мечта властей всех мастей. Сейчас нечто подобное можно организовать при помощи квантовой криптографии только для относительно небольших расстояний — около 100 км. Даже недавнее рекордное европейское достижение равно лишь 143 км, хотя в данном случае квантовую связь удалось реализовать в атмосферной среде, а не в оптоволоконном кабеле.

Схема квазиоднофтонной линии связи, использующей спутник CHAMP. (Здесь и ниже иллюстрации Jian-Wei Pan et al.)

Теперь же Цзяньвэй Пань (Jian-Wei Pan) из Научно-технического университета в Шанхае (КНР) и несколько его коллег заявляют, что смогли отразить одиночный фотон от спутника, вращающегося вокруг Земли, и зарегистрировать его обратный приход на планету.

Эксперимент выглядит просто. Китайцы использовали два телескопа в бинокулярной формации, которую направили на спутник, вращающийся на высоте 400 км (примерно как МКС). Аппарат покрыт отражателями, способными «отбрасывать» лазерные пучки назад к Земле, а точнее — почти к тому же месту, откуда они вышли.

Поскольку атмосфера Земли поглощает довольно большую часть фотонов, отправляемых с поверхности, в каждом импульсе пришлось иметь столько фотонов, чтобы хотя бы один достигал спутника и отражался обратно. Больше и не требовалось, поскольку эксперимент сводился к симулированию отправки спутником одиночных фотонов. Итак, несмотря на то что в среднем импульс содержал миллиард фотонов, только один из них отправлялся в обратное путешествие. Но поскольку этот одинокий фотон мог быть поглощён атмосферой, импульс повторялся много миллионов раз в секунду. Оттого примерно 600 раз в секунду одиночные отражённые фотоны удавалось регистрировать второму телескопу на поверхности.

«Этого достаточно, чтобы создать необычайно безопасное соединение, передающее систему распространения квантовых ключей между спутником и Землей... Кроме того, это критически важный задел для высокоскоростного распространения квантовых ключей между спутниками и наземной станцией, а равно и испытательный стенд для безопасной межконтинентальной квантовой связи», — отмечают исследователи.

Для эксперимента использовался немецкий спутник CHAMP, запущенный в 2000 году и ушедший с орбиты в 2010-м. Само по себе это не так уж необычно, так как работы велись до 2010 года. Но почему же китайцы форменной собакой на сене так долго сидели на столь выдающихся результатах? И почему публикации всё-таки был дан зелёный свет?

Возможно, ответ на этот вопрос содержится в последнем абзаце работы. В нём Цзяньвэй Пань со товарищи заявляют о намерении... провести в космосе первый квантовый научный эксперимент при помощи специализированного космического аппарата Chinese Quantum Science Satellite, запуск которого запланирован на 2016 год. Как мы понимаем, это вполне укладывается в сценарий, когда после развлечений с чужим спутником научная группа получает санкцию на выделение для неё специального КА. В таком случае обнародовать материал раньше не следовало, так как дало бы «вражеским» учёным готовую схему эксперимента. А вот нынешняя публикация сравнительно безопасна: вряд ли какой-нибудь современный научный коллектив имеет настолько хорошие связи, чтобы добиться утверждения такого проекта и его запуска до 2016 года.

Кстати, что в марте 2013-го правительственное информационное агентство Синьхуа уже заявляло о намерении китайских учёных провести эксперимент по квантовой связи в космосе. Но ни название аппарата, ни схема эксперимента в сообщении не фигурировали. Само собой, Запад пропустил его мимо ушей. 

...И её параметры.

Тогда же, в марте, профессор Цзяньвэй Пань заявил в локальных СМИ, что надеется «установить квантовую связь между Пекином и Веной». Коротко и амбициозно.

Напомним, что космический эксперимент, связанный с квантовой коммуникацией, уже предлагался европейскими специалистами для проведения на МКС, но никаких данных о реальном продвижении таких планов пока не поступало.

Итак, в гонке космической квантовой связи наметилось два энергичных игрока. И пока среди них нет крупнейших космических держав.

Препринт рассмотренного исследования можно полистать на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Technology Review..

Источник: Компьюлента