Китайские ученые установили рекорд в квантовой передаче данных: единственный в мире квантовый спутник, запущенный ими менее года назад, смог передать из космоса запутанные фотоны на две наземные станции, расположенные в Делинге и Лицзяне на расстоянии 1200 км друг от друга. Что это вообще такое и зачем это нужно? Попробуем разобраться.
Как не запутаться в запутанных фотонах
Фотоны — это кванты света, или, иначе говоря, элементарные частицы, из которых свет по сути состоит. Квантовая физика, как мы помним, полна загадок, которые до сих пор не разгадали. Одна из них — квантовая запутанность.
Если фотон определенным образом разделить на две части, получится два фотона поменьше, между которыми установится определенная связь. На каком бы расстоянии друг от друга они ни находились, изменение состояния одного из них тут же вызовет изменение состояния другого. Ученые эту особенность объяснить не могут, но уже придумали, как ее использовать.
Квантовое шифрование открывает путь к максимально безопасному каналу связи. Запутанные фотоны есть только у того, кто передает информацию, и у того, кто ее принимает. Любой «третий-лишний» сразу выявит себя попыткой вклиниться в эту незримую связь. Да и сами фотоны дают большие возможности для кодировки информации. Также эти эксперименты имеют огромную теоретическую важность, ведь они могут стать ключом к важнейшим открытиям в квантовой физике.
Но фотоны, особенно по одному, создания хрупкие, поэтому связь между ними очень легко разрывается. Как передать их на большие расстояния, сохраняя запутанность? В первых экспериментах использовали оптоволокно, но расстояние между запутанными фотонами тогда ограничивалось 404 км. Этот рекорд поставили китайские ученые. А теперь они пошли еще дальше — использовали спутник.
Фильтр для лунного света
Квантовый спутник «Мо-Цзы» находится на орбите на расстоянии 500 км от Земли. Для создания запутанных фотонов на нем установили специальный кристалл, при прохождении через который фотон распадается на две части. Но получить запутанные фотоны — это еще полдела. Как их передать в разные места, чтобы сделать передатчиками? Да еще со спутника, который вращается вокруг Земли с огромной скоростью? Фотоны очень маленькие, а передача должна быть максимально точной.
Китайским ученым пришлось проделать огромную работу. Спутник каждую ночь проходит определенную точку над Китаем. Его должны были «поймать» оптические телескопы в Делинге (Тибет), а также в Лицзяне и Наньшане. Наземные станции использовали адаптивную оптику, которая позволяет подстраиваться под колебания атмосферы, а также технологии для фильтрации лунного света и яркого ночного освещения больших городов.
Фото: Jin Liwang Xinhua/eyevine
Задачей спутника во время 275 секунд пролета над Китаем стала установка одновременно двух нисходящих квантовых каналой, либо между Делингой и Лицзянем, либо между Делингой и Наньшанем. Для этого лазер, проходящий через кристалл на спутнике, генерировал 5,9 млн запутанных пар в секунду. В результате запутанные фотоны были пойманы в Делинге и Лицзяне на расстоянии 1203 км друг от друга.
Следующий шаг — передача фотонов днем. Это гораздо сложнее, потому что запутанные фотоны придется спасать от солнечного света, который может разрушить запутывание. Для этого также придется отправить квантовый спутник на более высокую орбиту, чтобы увеличить время контакта с ним с Земли.
Присоединяйся к нашему сообществу в телеграмме, нас уже более 1 млн человек 😍
Ссылка на тематические чаты тут https://t.me/+69dR1AvDfdM0MTYy
