Китайські вчені встановили рекорд в квантової передачі даних: єдиний у світі квантовий супутник, запущений ними менше року тому, зміг передати з космосу заплутані фотони на дві наземні станції, розташовані в Делинге і Ліцзяні на відстані 1200 км один від одного. Що це взагалі таке і навіщо це потрібно? Спробуємо розібратися.
Як не заплутатися в заплутаних фотонах
Фотони — це кванти світла, або, інакше кажучи, елементарні частинки, з яких світло по суті складається. Квантова фізика, як ми пам'ятаємо, сповнена загадок, які досі не розгадали. Одна з них — квантова заплутаність.
Якщо фотон певним чином розділити на дві частини, вийде два фотона поменше, між якими встановиться певна зв'язок. На якій відстані один від одного вони не знаходилися, зміна стану одного з них відразу ж викличе зміна стану іншого. Цю особливість вчені пояснити не можуть, але вже придумали, як її використовувати.
Квантове шифрування відкриває шлях до максимально безпечного каналу зв'язку. Заплутані фотони є тільки у того, хто передає інформацію, і у того, хто її приймає. Будь-який «третій-зайвий» відразу виявить себе спробою втрутитися в цю незримий зв'язок. Та й самі фотони дають великі можливості для кодування інформації. Також ці експерименти мають величезну теоретичну важливість, адже вони можуть стати ключем до найважливіших відкриттів у квантовій фізиці.
Але фотони, особливо по одному, створення крихкі, тому зв'язок між ними дуже легко розривається. Як передати їх на великі відстані, зберігаючи заплутаність? У перших експериментах використовували оптоволокно, але відстань між заплутаними фотонами тоді обмежувалося 404 км. Цей рекорд поставили китайські вчені. А тепер вони пішли ще далі — використовували супутник.
Фільтр для місячного світла
Квантовий супутник «Мо-Цзи» знаходиться на орбіті на відстані 500 км від Землі. Для створення заплутаних фотонів на ньому встановили спеціальний кристал, при проходженні через який фотон розпадається на дві частини. Але отримати заплутані фотони — це ще півсправи. Як їх передати в різні місця, щоб зробити передавачами? Та ще з супутника, який обертається навколо Землі з величезною швидкістю? Фотони дуже маленькі, а передача повинна бути максимально точною.
Китайським вченим довелося проробити величезну роботу. Супутник щоночі проходить певну точку над Китаєм. Його повинні були «зловити» оптичні телескопи в Делинге (Тибет), а також у Ліцзяні і Наньшане. Наземні станції використовували адаптивну оптику, яка дозволяє підлаштовуватися під коливання атмосфери, а також технології для фільтрації місячного світла і яскравого нічного освітлення великих міст.
Фото: Jin Liwang Xinhua/eyevine
Завданням супутника під час 275 секунд прольоту над Китаєм стала установка одночасно двох спадних квантових каналой, або між Делингой і Лицзянем, або між Делингой і Наньшанем. Для цього лазер, що проходить через кристал на супутнику, генерував 5,9 млн заплутаних пар в секунду. В результаті заплутані фотони були спіймані в Делинге і Ліцзяні на відстані 1203 км один від одного.
Наступний крок — передача фотонів днем. Це набагато складніше, тому що заплутані фотони доведеться рятувати від сонячного світла, який може зруйнувати заплутування. Для цього також доведеться відправити квантовий супутник на більш високу орбіту, щоб збільшити час контакту з ним з Землі.
