Австралійські вчені довели можливість «неможливого» квантового висхідного зв’язку

Глобальна гонка за створення незламного квантового інтернету щойно отримала потужний імпульс завдяки революційному моделюванню, проведеному дослідниками з Технологічного університету Сіднея (UTS). Вперше вони довели технічну здійсненність «квантового висхідного каналу» (uplink) — передачі делікатних квантових сигналів безпосередньо із Землі на супутник. Це відкриття, детально описане у виданні Physical Review Research, докорінно змінює усталену парадигму квантової комунікації та пропонує значно дешевший і більш масштабований шлях до побудови безпечної глобальної мережі.

Протягом багатьох років космічний квантовий зв’язок, яскравим прикладом якого є китайський супутник Micius, покладався виключно на принцип «низхідного каналу» (downlink). Цей підхід вимагав, щоб масивний, складний та енергоємний супутник генерував заплутані фотони на орбіті та спрямовував їх униз. Такий метод був ефективним, але за своєю суттю обмеженим через необхідність розміщення складного обладнання та джерел живлення у космосі.

Модель, запропонована командою UTS під керівництвом професорів Саймона Девітта (Simon Devitt) та Александра Солнцева (Alexander Solntsev), повністю змінює цей потік. Їхнє геніальне рішення полягає в тому, щоб залишити все складне, енергоємне обладнання у безпеці на Землі. Наземні станції, які мають доступ до практично необмежених енергетичних ресурсів, генеруватимуть необхідні квантові сигнали. Супутник у цьому сценарії перетворюється на простий, легкий і недорогий «приймач», єдина функція якого — вловлювати вхідні сигнали.

Довгий час це завдання вважалося технічно нездоланним. Основна складність полягала у необхідній точності: як одночасно влучити у невеликий супутник, що рухається зі швидкістю 20 000 км/год на висоті 500 км, двома окремими фотонами, випущеними з різних місць, і забезпечити їхню інтерференцію в один і той самий момент? «На диво, наше моделювання показало, що висхідний канал є здійсненним», — заявив професор Девітт. Він зазначив, що їхня модель враховувала всі реальні перешкоди, такі як атмосферні спотворення, фонове світло від Землі та навіть відбиття сонячного світла від Місяця.

Цей прорив має значення не лише для криптографії, якій для створення безпечного ключа потрібна лише невелика кількість фотонів. Метод висхідного зв’язку може забезпечити високу пропускну здатність, необхідну для того, щоб одного дня з’єднати квантові комп’ютери на різних континентах. «Квантовий інтернет — це зовсім інший звір», — пояснив Девітт. Він додав, що їхній підхід робить супутниковий блок компактним і простим, що значно знижує витрати та розміри, роблячи всю концепцію набагато практичнішою. Ця інновація усуває критичне вузьке місце, відкриваючи шлях до майбутнього, де безпечна квантова заплутаність стане глобальним товаром, таким же повсюдним і невидимим, як електрика.