Китайцы продемонстрировали квантовую связь между спутником и Землей

Запущенный в 2016 году спутник для проверки возможностей квантовых коммуникаций на больших расстояниях «Мо-цзы» передал на Землю запутанные частицы. Таким образом, установлен новый рекорд по дальности передачи квантовых сообщений — 1200 километров, а также подтверждено, что установить квантовый канал связи между поверхностью планеты и орбитальными аппаратами возможно. Работа с описанием результатом опубликована в журнале Science, ей будет посвящена обложка нового выпуска.

Квантовая коммуникация опирается на передачу запутанных частиц. Это несуществующее в классическом приближении состояние, когда волновые функции, описывающие параметры тел, оказываются связанными. Однако измерение приводит к коллапсу волновой функции, поэтому, регистрируя одну частицу, в тот же момент определяются и параметры другой, вне зависимости от расстояния между ними. Этот феномен Альберт Эйнштейн называл «жутким дальнодействием».

В ходе одного из экспериментов ученые освещали специальный кристалл лазерным лучом. В ответ кристалл испускал пары запутанных фотонов, чья поляризация будет противоположна при измерении, однако до этого момента не определена. Фотоны разделяли и отправляли на разные приемные станции в Дэлинхе и Лицзяне, расстояние между которыми составляет 1200 километров. Обе станции находятся в горах Тибета, что уменьшает расстояние, которые фотоны должны преодолевать сквозь атмосферу, так как любое взаимодействие со сторонними телами приводит к деградации квантового состояния. В статье авторы заявляют о том, что одновременно зарегистрировали 1000 фотонных пар. В измерениях показано, что у фотонов противоположная поляризация наблюдается намного чаще, чем могло бы произойти случайно, что доказывает «жуткое дальнодействие».

Команде ученых пришлось преодолеть множество технических трудностей, например сложности с фокусировкой фотонных пучков, так как спутник движется со скоростью почти восемь километров в секунду. Удачно регистрировался примерно один фотон из шести миллионов посланных — намного лучше, чем у наземных экспериментов, но по-прежнему слишком мало для практического применения. У «Мо-цзы» также есть и другие проблемы: его сигнал слишком слабый и не виден на фоне Солнца, поэтому он работает только ночью.

Физик из Научно-технического университета Китая Цзянь-Вэй Пань, ответственный автор работы, говорит: «В следующие пять лет мы планируем запустить несколько действительно прикладных квантовых спутников». Действующий спутник собираются использовать для создания распределенных квантовых ключей — основы квантовой криптографии, которая гарантирует невозможность незаметного прослушивания. Также ожидаются эксперименты с далеко разнесенными станциями (в Китае и Австрии) и опыты по квантовой телепортации — передачи состояния объекта без переноса самого тела.