Китайский квантовый спутник отметился первыми значимыми успехами. На днях в журнале Science вышла научная статья, где рассказывается о первых научных результатах миссии квантового спутника связи QUESS («Мо-Цзы»).

В ней говорится о том, что аппарат обеспечил распределение запутанных фотонов между тремя различными наземными базовыми станциями, удаленными друг от друга на расстояние до 1203 километров. Это в 12 раз больше, чем в предыдущих экспериментах. Таким образом, это новый рекорд запутанности. Кроме того, это первый подобный эксперимент подобного масштаба с обеспечением связи между космосом и Землей. По словам авторов исследования, система «открывает новые возможности для реализации целесообразных квантовых каналов связи и для проведения фундаментальных экспериментов в области квантовой оптики на расстояниях, принципиально недоступных на земле», сообщает itc.uа.

Запущенный в августе прошлого года китайский квантовый спутник связи QUESS использовал специальный кристалл для создания пар запутанных фотонов на орбите. Источник формировал около шести миллионов пар запутанных фотонов в секунду. Затем пары фотонов отправляли с помощью двух телескопов к наземным обсерваториям: Дэлинха (Тибет), Наньшань (Урумчи) и Гаомеигу (Юньнань). Как телескопы спутника, так и телескопы-приемники требовали высокой точности наведения — «Мо-Цзы» двигался по орбите со скоростью около восьми километров в секунду.

По словам авторов, наибольшие потери одиночных фотонов происходят в нижних 10 километрах атмосферы Земли. Расстояния от спутника до наземных станций по прямой составляли от 500 до 1700 километров.

Ученые отмечают, что несмотря на успешную демонстрацию квантовой запутанности на таких огромных расстояниях, небольшая скорость распределения фотонов не позволяет говорить о практических применениях. Однако в ближайшие пять лет Китайская академия наук планирует запуск новых спутников, с более мощными пучками фотонов — их работе не будет мешать свет Солнца или Луны. Такие системы могут найти реальное практическое применение.

На следующих этапах миссии Пан Цзянь-Вэй планирует воспользоваться спутником для квантового распределения ключа — алгоритма создания ключа шифрования, защищенного от «подслушивания» законами квантовой механики. Сначала ключ будет распределен между китайскими обсерваториями, а в перспективе и между Китаем и Австрией. Кроме того, ученые планируют реализовать спутниковую квантовую телепортацию. В интервью журналу Nature физик также упоминал о планах по распределению запутанных фотонов между Землей и Луной.

Помимо масштаба расстояний, на которых происходит нарушения локальности (важное свойство классической физики, которое подразумевает, что событие в одной точке не может мгновенно повлиять на физическую действительность в другой точке), физики также исследуют масштабы временных корреляций. Так, в 2016 году международный коллектив ученых использовал свет удаленных звезд в роли генератора случайных чисел. Это позволило устранить возможность того, что запутанные частицы могли «договориться» о поведении в эксперименте еще до их рождения.