Учёные впервые в мире получили экспериментальное подтверждение принципиальной возможности передачи квантовых пучков света с Земли на орбиту. Этот результат, подтверждающий работоспособность каналов восходящей связи, является значительным прогрессом в разработке глобального квантового интернета. Ранее квантовая связь со спутниками осуществлялась только посредством нисходящих каналов, когда световые частицы передаются из космоса на наземные станции для организации сверхзащищённых линий связи.
Согласно исследованию, проведённому специалистами из Технологического университета Сиднея, подобные световые пучки можно эффективно передавать не только внутри земных лабораторий, но и с Земли в космос. Профессор Александр Солнцев подчеркнул, что современные квантовые спутники создают запутанные пары частиц в космическом пространстве, а затем передают каждую частицу пары на отдельные наземные станции. Ранее этот подход, преимущественно используемый в криптографии для генерации секретных ключей с использованием ограниченного числа фотонов, рассматривался как единственный доступный.
Первоначально от идеи восходящего канала отказались, поскольку специалисты не верили в его работоспособность из-за потерь сигнала, помех и рассеивания. Однако профессор Девитт и его коллеги разработали и показали метод, опровергающий это предположение. Метод предполагает одновременную передачу двух отдельных фотонов с двух различных наземных станций на спутник, расположенный на высоте 500 км и движущийся со скоростью примерно 20 000 км/ч, для последующего их сближения и квантовой интерференции. Моделирование, учёт реальных условий, таких как фоновая засветка от Земли, отражённый солнечный свет от Луны, атмосферные эффекты и неидеальное совмещение оптических систем, показало, что создание восходящего канала связи возможно.
Исследователи утверждают, что данная концепция может послужить основой для создания перспективных квантовых сетей, распространяющихся на различные географические области. Для этого можно использовать небольшие спутники, находящиеся на низкой орбите. Восходящий канал способен обеспечить требуемую пропускную способность для квантовых сетей, так как спутникам понадобится лишь небольшое количество оптических модулей для обработки принимаемых фотонов, без необходимости оснащения их громоздким оборудованием для генерации квантового света. Это позволяет сделать систему более лёгкой, экономичной и удобной в практическом применении. В будущем специалисты предполагают, что квантовая запутанность станет фундаментальным сервисом, подобным электричеству, функционирующим в фоновом режиме и поддерживающим работу устройств и сетей нового поколения.
Исследование было в научном журнале Physical Review Research.