С помощью сети, которая передает информацию о квантовых свойствах отдельных частиц, вы можете создавать безопасные ключи для секретных сообщений и потенциально подключать мощные квантовые компьютеры в будущем. Но ученые считают, что вам понадобится оборудование в космосе, чтобы получить доступ к глобальному масштабу.
Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) и Университета Стратклайда, Великобритания, стали первыми, кто протестировал орбитальную технологию для узлов квантовых сетей на основе спутников.Они вывели на орбиту компактное устройство, несущее компоненты, используемые в квантовой связи и вычислениях.
И это работает: команда представила первые данные в статье, опубликованной 31 мая 2016 года в журнале Physical Review Applied.Устройство команды, получившее название SPEQS, создает и измеряет пары световых частиц, называемых фотонами.
Результаты из космоса показывают, что SPEQS создает пары фотонов с коррелированными свойствами — показатель эффективности.Руководитель группы Александр Линг, доцент Центра квантовых технологий (CQT) в NUS, сказал: «Это первый раз, когда кто-либо испытал квантовую технологию такого типа в космосе».Команде пришлось проявить изобретательность, чтобы перепроектировать тонкую настольную квантовую установку, чтобы она была маленькой и достаточно прочной, чтобы летать внутри наноспутника размером с коробку из-под обуви.
Весь спутник весит всего 1,65 килограмма.К запутанностиСоздание коррелированных фотонов предшествует созданию запутанных фотонов.
Описанная Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии», запутанность — это связь между квантовыми частицами, которая обеспечивает безопасность связи и мощность вычислений.Профессор Артур Экерт, директор CQT, придумал идею использования запутанных частиц для криптографии.
Он сказал: «Алекс и его команда выводят запутанность в буквальном смысле на новый уровень. Их эксперименты проложат путь к безопасной квантовой связи и распределенным квантовым вычислениям в глобальном масштабе.
Я рад видеть, что Сингапур — один из мировых. лидеры в этой области ».Локальные квантовые сети уже существуют. Проблема, которую стремится решить команда Линга, — это ограничение расстояния. Потери ограничивают квантовые сигналы, передаваемые через воздух на уровне земли или по оптическому волокну, до нескольких сотен километров, но в конечном итоге мы могли бы использовать запутанные фотоны, излучаемые спутниками, для соединения точек на противоположных сторонах планеты.
Хотя фотоны со спутников все еще должны проходить через атмосферу, движение сверху вниз примерно эквивалентно прохождению всего 10 километров на уровне земли.Первое устройство группы — первопроходец технологий. Он берет фотоны от лазера BluRay и разделяет их на две части, а затем измеряет свойства пары на борту спутника. Для этого он содержит лазерный диод, кристаллы, зеркала и детекторы фотонов, тщательно выровненные внутри алюминиевого блока.
Он расположен поверх печатной платы размером 10 на 10 сантиметров, заполненной управляющей электроникой.После серии предпусковых испытаний и одного досадного инцидента команда стала более уверенной в том, что их конструкция выдержит запуск ракеты и космические условия. У команды было устройство в ракете Orbital-3, выпущенной в октябре 2014 года, которая взорвалась на стартовой площадке. Спутник, содержащий это первое устройство, позже был найден на пляже неповрежденным и все еще находящимся в рабочем состоянии.
Планы на будущееДаже после успеха недавней миссии до глобальной сети еще несколько вех. Дорожная карта команды предусматривает серию запусков, а следующий космический SPEQS будет производить запутанные фотоны. SPEQS расшифровывается как Small Photon-Entangling Quantum System.
С более поздними спутниками исследователи попытаются отправить запутанные фотоны на Землю и на другие спутники. Команда работает со стандартными наноспутниками "CubeSat", которые могут сравнительно дешево летать в космос в качестве ракетного балласта. В конечном итоге создание глобальной сети будет означать наличие парка спутников на орбите и множества наземных станций.
Тем временем квантовые спутники могут также проводить фундаментальные эксперименты — например, тестировать запутанность на расстояниях, превышающих возможности земных ученых. «Мы приближаемся к пределу того, насколько точно мы можем проверить квантовую теорию на Земле», — сказал соавтор доктор Дэниел Ои из Университета Стратклайда.