Австралийские ученые доказали осуществимость «невозможной» квантовой восходящей линии связи

Гонка за создание глобального, невзламываемого квантового интернета сделала огромный шаг вперед благодаря моделированию, проведенному исследователями из Технологического университета Сиднея (UTS). Впервые они смогли доказать принципиальную возможность создания так называемой «квантовой восходящей линии связи» (uplink) — то есть передачи хрупких квантовых сигналов непосредственно с Земли на спутник. Это открытие, подробно описанное в научном издании Physical Review Research, полностью меняет общепринятую парадигму квантовой связи и открывает путь к более дешевой и масштабируемой архитектуре безопасной глобальной сети.

Долгое время космическая квантовая связь, наиболее известным примером которой является китайский спутник Micius, основывалась на «нисходящей линии» (downlink). Этот подход требовал размещения на орбите массивного, сложного и энергоемкого оборудования, генерирующего запутанные фотоны для последующей передачи их вниз. Модель, предложенная UTS под руководством профессоров Саймона Девитта (Simon Devitt) и Александра Солнцева (Alexander Solntsev), инвертирует этот процесс. Их решение заключается в том, чтобы оставить все сложное, требующее большого количества энергии оборудование на Земле. Наземные станции, имеющие доступ к практически неограниченным источникам питания, будут генерировать квантовые сигналы. Таким образом, спутник превращается в простой, недорогой и легкий «приемник», единственная задача которого — уловить эти сигналы.

Эта задача долгое время считалась невыполнимой. Основная сложность заключалась в следующем: как можно попасть в небольшой спутник, движущийся со скоростью 20 000 км/ч на высоте 500 км над головой, двумя отдельными фотонами, выпущенными из разных точек, и обеспечить, чтобы они прибыли в то же самое время для интерференции? Профессор Девитт отметил: «Удивительно, но наше моделирование показало, что восходящая линия связи осуществима». Ученые учли все реальные препятствия, включая атмосферные искажения, фоновое свечение от Земли и даже отражение солнечного света от Луны, доказав работоспособность системы в условиях, максимально приближенных к боевым.

Этот прорыв важен не только для криптографии, которой требуется лишь несколько фотонов для создания безопасного ключа. Метод восходящей линии связи способен обеспечить высокую пропускную способность, необходимую для того, чтобы однажды соединить квантовые компьютеры, расположенные на разных континентах. «Квантовый интернет — это совершенно иная сущность», — пояснил Девитт. «Наш метод позволяет сделать спутник простым и компактным устройством... Это значительно снижает затраты и габариты, делая весь подход гораздо более практичным». Данная инновация устраняет критическое узкое место в развитии технологии, открывая путь к будущему, где безопасная квантовая запутанность станет глобальным товаром, таким же вездесущим и незаметным, как электричество.