Нове дослідження вчених показує, що "квантовий стрибок" людства відбувається в реальному часі. Вони довели, що можливо надсилати квантові сигнали із Землі на супутник, що прокладає шлях для сильніших квантових комунікаційних мереж
Квантові супутники зараз передають заплутані частинки світла з космосу вниз до різних наземних станцій для надбезпечного зв’язку. Нове дослідження показує, що також можливо надсилати ці сигнали вгору, із Землі на супутник, що колись вважалося неможливим.
Цей прорив долає значні бар’єри для сучасного квантового супутникового зв’язку. Передавачі наземних станцій можуть отримати доступ до більшої потужності, їх легше обслуговувати та вони можуть генерувати набагато сильніші сигнали, що дозволить створювати майбутні квантові комп’ютерні мережі з використанням супутникових ретрансляцій.
Дослідження « Розподіл квантової заплутаності через супутникові канали висхідного зв’язку », проведене професором Саймоном Девіттом та дослідницькою групою з Технологічного університету Сіднея (UTS), нещодавно було опубліковано в журналі Physical Review Research .
Китай запустив супутник Micius ще у 2016 році, що дозволило провести перші експерименти з передачі квантово-шифрованої інформації з космосу. У 2025 році мікросупутник Jinan-1 продовжив цей прогрес, створивши квантовий зв’язок між Китаєм та Південною Африкою протяжністю 12 900 км.
«Сучасні квантові супутники створюють заплутані пари в космосі, а потім відправляють кожну половину пари вниз до двох місць на Землі – це називається «низхідним каналом», – коментують вчені. – «Він здебільшого використовується для криптографії, де для створення секретного ключа потрібно лише кілька фотонів (частинок світла)».
Зворотна ідея, коли заплутані пари фотонів створюються на Землі та надсилаються вгору до супутника, не була сприйнята серйозно. Вважалося, що підхід «висхідного зв’язку» не працюватиме через втрату сигналу, перешкоди та розсіювання.
«Ідея полягає в тому, щоб випустити дві окремі частинки світла з окремих наземних станцій на супутник, що обертається на висоті 500 км над Землею та рухається зі швидкістю близько 20 000 км на годину, щоб вони зустрілися настільки ідеально, що зазнають квантової інтерференції. Чи це взагалі можливо?» — сказав професор Девітт.
«На диво, наше моделювання показало, що висхідний зв’язок можливий. Ми врахували реальні ефекти, такі як фонове світло від Землі та відбиття сонячного світла від Місяця, атмосферні ефекти та недосконале вирівнювання оптичних систем», – сказав він.
Дослідники припускають, що концепцію висхідного зв’язку можна буде протестувати найближчим часом за допомогою дронів або приймачів на повітряних кулях, що прокладе шлях для майбутніх квантових мереж у різних країнах і континентах з використанням невеликих низькоорбітальних супутників.
«Квантовий інтернет — це зовсім інша річ, ніж сучасні криптографічні програми, що тільки починають розвиватися. Це той самий основний механізм, але для підключення квантових комп’ютерів потрібно значно більше фотонів — більша пропускна здатність», — сказав професор Девітт.
«Метод висхідного зв’язку може забезпечити таку пропускну здатність. Супутнику потрібен лише компактний оптичний блок для перешкоджання вхідним фотонам та повідомлення про результат, а не квантове обладнання для створення трильйонів і трильйонів фотонів на секунду, необхідних для подолання втрат на Землі, що дозволяє створити квантовий зв’язок з високою пропускною здатністю. Це знижує витрати та розмір, а також робить підхід більш практичним».
«У майбутньому квантова заплутаність буде трохи схожа на електрику. Зрештою, це буде те саме для великих мереж квантової заплутаності. Будуть квантові пристрої, які підключатимуться як до джерела заплутаності, так і до джерела живлення, використовуючи обидва для чогось корисного», – сказав він.