Исследователи из Китая создали беспилотник, предназначенный для обеспечения всепогодного квантового канала связи. В рамках эксперимента авторы показали возможность распределения квантового состояния между двумя наземными станциями с 35-киллограммового дрона, поднимающегося на высоту в 100 метров. Ученым удалось добиться высокой степени сохранности запутанного состояния, таким образом продемонстрировав более дешевую альтернативу спутниковым квантовым каналам, сообщается в препринте на arXiv.org.

Квантовый канал связи — это способ передачи информации, защищенной посредством квантовой криптографии. Технология предполагает использование эффекта квантовой запутанности при записи данных или ключа для их дешифровки. В таком случае перехват запутанных частиц всегда может быть замечен отправителем и адресатом.

Основными сложностями при реализации квантового канала связи на данный момент являются потери частиц и удержание их в состоянии запутанности, так как оно может быть разрушено при взаимодействии с любыми телами. В частности, передача запутанных фотонов по современным оптоволоконным кабелям ограничена сотнями километров. В то же время можно использовать распространение частиц света в воздухе.

Китайские ученые совместно с европейскими коллегами уже продемонстрировали возможность использования спутников для передачи запутанных фотонов на расстояния до 1200 километров. Однако спутники, если их немного, нельзя назвать оптимальным решением, так как один низкоорбитальный аппарат виден с ограниченной области поверхности Земли и лишь короткое время в течение суток, а стоимость создания спутниковой группировки и соответствующие технические сложности очень велики.

В качестве альтернативы другая группа исследователей из Китая предложила использовать дроны. Экспериментальный октокоптер весит 35 килограмм, поднимается на высоту до 100 метров, непрерывно работает до 40 минут и обеспечивает всепогодную квантовую связь между наземными станциями. В эксперименте станции были расположены на расстоянии до 200 метров, но это расстояние было ограничено размером испытательного полигона.

Дрон смог успешно поддерживать квантовый канал, что было подтверждено при помощи S-параметра Клаузера — Хорна — Шимони — Хольта — одного из вариантов записи неравенства Белла. Значения этой величины выше двойки отвечают квантовому режиму корреляций, а в данной работе было получено 2,49 ± 0,09. Результаты были подтверждены как днем, так и ночью, в том числе дождливой.

Авторы утверждают, что размер и вес аппаратуры (приемников и передатчиков отдельных фотонов) можно уменьшить, что позволит ее устанавливать на небольшие дроны, которые смогут обеспечивать развертывание локального квантового канала связи по требованию. Также множество дронов может согласованно работать, передавая фотоны друг другу, увеличивая площадь покрытия.

Теоретически можно использовать высотные аппараты, которые смогут подниматься выше десяти километров, откуда можно покрывать область размером в сотни километров. Однако эта перспектива требует дополнительных исследований, так как нижние слои атмосферы в наибольшей степени подвержены турбулентности, а вращающиеся лопасти создают дополнительные возмущения, которые увеличивают шанс потери фотона или разрушения его квантового состояния.

Лишь относительно недавно ученым удалось добиться, чтобы скорость передачи запутанных состояний превысила скорость их разрушения. Также ранее другие китайские физики доказали квантовую природу теплового света на примере фотонов Солнца. Мы подробно писали о принципах функционирования квантовых каналов связи в материалах «Выдергиваете и сжигаете» и «Квантовая связь без лишнего шума».

Тимур Кешелава

Источник: Nplus1

Оставить комментарий

Пожалуйста, авторизуйтесь чтобы добавить комментарий.
  Подписаться  
Уведомление о