Разработанное учеными квантовое устройство отличается стабильностью и высокой производительностью, и планируется к отправке на низкую околоземную орбиту через четыре года. Это устройство позволит обеспечить более защищенную связь между участниками на Земле.
В перспективе мощные квантовые компьютеры смогут без труда дешифровать привычные математические алгоритмы шифрования. Использование запутанных фотонов, генерируемых космическим квантовым устройством, обеспечит защиту обмена ключами, недоступную для взлома, и будет востребовано в передовых приложениях. Группа ученых из Общества Фраунгофера разработала высокопроизводительный квантовый источник, достаточно мощный для размещения в космосе. Через четыре года они планируют запустить первый европейский квантовый спутник.
Покрытое золотом, устройство с футуристическим дизайном и размерами, сопоставимыми с хлебницей, успешно прошло серию испытаний. Они включали резкие перепады температур от -40°C до 60°C, воздействие холода и жары в вакууме, а также имитацию тряски на трехосевой виброплатформе. В ходе этих сложных проверок устройство должно было подтвердить свою исключительную устойчивость и поддержание заданных характеристик. После завершения последних испытаний на прочность, выполненных в соответствии с жесткими требованиями Европейского космического агентства, его посчитали пригодным для использования в космосе.
Специалисты из Института прикладной оптики и точной механики им. Фраунгофера в Йене (IOF) первыми создали высокостабильный и мощный квантовый источник. Он способен генерировать 300 тысяч пар запутанных фотонов в секунду, когда лазерный луч направляется на нелинейный кристалл. Эти сдвоенные частицы света обеспечивают надежное шифрование конфиденциальной информации. Принцип его работы заключается в следующем: поляризация двух фотонов остается взаимосвязанной, вне зависимости от расстояния между ними. Это позволяет двум сторонам, обменивающимся информацией, генерировать ключи, делиться ими и незамедлительно обнаруживать, если третья сторона пытается перехватить их сообщения. Если неавторизованная сторона пытается получить доступ к сообщению, два фотона распутываются, что является сигналом о попытке взлома.
Зачем квантовому источнику находиться в космическом пространстве? Запутанные фотоны способны распространяться и по оптоволоконным линиям связи. Однако в этом случае дальность передачи значительно уменьшается, что, кроме того, негативно сказывается на процессе фотонной запутанности. Гораздо целесообразнее установить квантовый источник на борту спутника и отправить на низкую околоземную орбиту, откуда он сможет передавать сдвоенные частицы света на планету с высоты 400 километров с минимальными помехами.
«Наибольшие трудности представляли собой обеспечение стабильности квантового источника и достижение необходимой производительности, поскольку потери все еще остаются значительными при прохождении через земную атмосферу. Для максимизации числа фотонов, достигающих земной стороны, критически важно генерировать максимально возможное количество сдвоенных фотонов, — поясняет руководитель проекта, доктор Оливер де Врис из IOF. Стабильность квантового источника была улучшена благодаря продуманной конструкции, эффективному неорганическому процессу склеивания и использованию прочных материалов, устойчивых к температурным изменениям».