Содержание
Передача фотонов с движущегося объекта — очень сложная задача, но этот эксперимент стал шагом к созданию глобальной квантовой сети.
Исследователи передали отдельные фотоны — частицы света — с движущегося самолета на наземную станцию и подтвердили, что их квантовое состояние сохранилось. Это первый подобный успех в Европе и ключевой этап проекта QuNET, поддерживаемого Федеральным министерством образования и научных исследований (BMBF).
Свет, который нельзя подделать
Ученые из DLR, Fraunhofer IOF и Института науки о свете Макса Планка (MPL) работали над системой, использующей фотоны для создания криптографических ключей. В отличие от обычных методов шифрования, квантовая передача делает перехват невозможным: любая попытка вмешаться меняет состояние фотона и сразу обнаруживается.
«Мы разрабатываем практические решения для спутниковой квантовой связи, которые позволят передавать защищенные данные на огромные расстояния», — пояснил Флориан Молл, руководитель проекта из DLR. —
«Через оптоволокно сигнал можно передать только на сотни километров, а спутники или самолеты снимают это ограничение».
Летающая лаборатория
Для эксперимента использовали самолет Dornier 228, переделанный в мобильный узел квантовой сети. На борту установили оптический терминал, разработанный во Фраунгоферовском институте прикладной оптики (IOF) в Йене. Он генерировал и отправлял запутанные фотоны на наземную приемную станцию QuBUS — контейнер с оборудованием для улавливания и анализа квантовых сигналов.
«Система слежения и оптоволоконная связь, разработанные в IOF, позволили проводить эксперименты в реальных условиях», — отметил инженер проекта Кристофер Шписс.
Как поймать фотон в полете
Передача отдельных фотонов с движущегося объекта — задача предельно тонкая и очень сложная. Даже небольшое смещение или воздушная турбулентность могут разрушить сигнал. Чтобы избежать этого, инженеры внедрили систему автоматического слежения и адаптивную оптику, корректирующую искажения атмосферы в режиме реального времени.
После приема фотоны направлялись через оптоволокно в лабораторию MPL, где попадали в ионную ловушку — устройство, позволяющее «поймать» и исследовать их состояние. Результаты подтвердили, что переданные фотоны сохранили запутанность, то есть остались квантово связаны между собой.
Шаг к квантовому интернету
Эксперимент показал, что мобильные платформы — самолеты, а в будущем и спутники — могут стать частью защищенной глобальной квантовой сети, соединяющей компьютеры, лаборатории и государственные учреждения.
«Мы доказали, что такая передача возможна и стабильна. Следующий шаг — вывести систему в космос», — сказал Молл.
Квантовые коммуникации считаются ключевой технологией будущего: они позволят создать «квантовый интернет», где данные будут передаваться с абсолютной безопасностью, а квантовые компьютеры — объединяться в единую вычислительную сеть.