Самый длинный защищенный квантовый канал связи объединил Шанхай и Наньшань

С помощью квантового спутника "Мо-Цзы" и наземной оптоволоконной сети физики создали пока самую длинную полноценную квантовую линию связи, которая защищена от взлома. Ее длина – 4,6 тыс. км, она соединяет города Шанхай и Наньшань. Статью с описанием работы опубликовал научный журнал Nature.

Данные, которые передаются по квантовой сети, шифруются с помощью законов квантовой механики. Для этого можно использовать электроны в электрическом токе или фотоны в оптоволоконных линиях. Одна из главных проблем в современных системах квантовой связи заключается в том, что при движении через оптоволокно свет постепенно угасает. Поэтому при использовании наземных систем передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей составляет обычно не более нескольких сотен километров.

Физики пытаются решить эту проблему двумя способами. Во-первых, с помощью так называемых повторителей квантовых сигналов – устройств, которые могут считывать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных.

Второй способ – использовать не наземные оптоволоконные кабели, а спутники связи. В частности, еще в сентябре 2016 года китайские ученые под руководством профессора Шанхайского университета Цзянь-Вэй Паня запустили подобный аппарат – орбитальный зонд "Мо-Цзы". Впоследствии его успешно использовали для первых "межконтинентальных" сессий передачи квантовой информации.

По словам физиков, эти эксперименты показали, что подобным образом действительно можно передавать зашифрованные данные. Однако количества передаваемых фотонов не хватало, чтобы полноценно зашифровать соединение в рамках протоколов для наземных линий связи. Эту задачу физики решили в прошлом году, улучшив работу телескопов, которые принимали квантовый сигнал с "Мо-Цзы". Благодаря этому удалось создать космический канал связи длиной в 1120 км. Он соединил города Наньшань и Дэлинха.

На следующем этапе работы ученые практически удвоили дальность работы этого канала и связали его с наземной квантовой сетью, которую создают на востоке Китая. Для этого ученые сделали работу наземных приемников квантового сигнала еще лучше и разработали новые алгоритмы генерации квантовых ключей. В результате скорость обмена этими ключами увеличилась в 40 раз, а длину космической части линии связи удалось удвоить.

Этого удалось достичь благодаря тому, что физики уменьшили то, насколько сильно телескопы "растягивают" и увеличивают картинку при сборе фотонов с "Мо-Цзы", не ухудшив при этом качество сигнала. В результате наземные станции получают и отправляют сигналы на спутник под более пологими углами относительно поверхности Земли.

Пань и его коллеги отмечают, что пока созданная ими сеть может поддерживать работу около шести тысяч абонентов. Они могут регулярно обмениваться квантовыми ключами для защиты своих данных и сетей от взлома. Ученые надеются, что в будущем, после запуска новых квантовых спутников, которые смогут вырабатывать большее число ключей и дольше оставаться в поле зрения наземных станций космической связи, количество этих абонентов удатся увеличить.

Фото: © Guang Niu/Getty Images, архив