Спутники ГЛОНАСС поставили рекорд дальности квантовой связи

Итальянские исследователи установили квантовую связь с российскими высокоорбитальными спутниками системы ГЛОНАСС.

Иллюстрация Wikimedia Commons.

Физики впервые установили линию связи с квантовым шифрованием между наземной станцией и спутниками на высокой орбите. Тем самым был поставлен впечатляющий рекорд дальности для этого типа передачи информации: 20 тысяч километров. Для сравнения: предыдущий рекорд составлял семь тысяч километров.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Quantum Science and Technology группой итальянских физиков.

"Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) не раз писали о квантовом шифровании. Эта технология уже применяется в городских линиях связи.

Однако времена, когда передача информации ограничивалась пределами Земли, давно прошли.

"Спутниковые технологии имеют широкий спектр гражданских, научных и военных применений, таких как связь, навигация и синхронизация, дистанционное зондирование [Земли], метеорология, разведка, поиск и спасение [терпящих бедствие], исследование космоса и астрономия, – комментирует соавтор статьи Джузеппе Валлоне (Giuseppe Vallone) из Университета Падуи. – Ядром этих систем является безопасная передача информации и данных с орбитальных спутников на наземные станции. Поэтому защита этих каналов от злоумышленников имеет решающее значение как для военной, так и для гражданской деятельности".

В связи с этим активно идут эксперименты по созданию линий квантовой связи "Земля – спутник". Однако до сих пор в таких опытах инженеры ограничивались низкими орбитами.

Дело в том, что передача одиночного фотона на десятки тысяч километров – очень непростая задача. Велика вероятность, что сигнал будет потерян из-за дифракции.

Между тем важные для многих задач геосинхронные (и, в частности, геостационарные) орбиты расположены на высоте более 35 тысяч километров. На высоких орбитах вокруг Земли обращаются и навигационные спутники.

В связи с этим итальянские физики разработали систему квантовой связи, способную справляться с подобными расстояниями. Сигнал посылался из Центра космической геодезии Итальянского космического агентства (ASI) на два разных спутника системы ГЛОНАСС. Там он отражался от специальных зеркал, ещё до запуска специально установленных на космические аппараты российскими специалистами, и возвращался на Землю.

За один импульс излучалось лишь несколько запутанных фотонов. (Отметим, что для абсолютно надёжного квантового шифрования требуется обмен одиночными фотонами, и мы объясняли, почему.) Как показали испытания, при передаче информации было достигнуто удовлетворительное соотношение уровней сигнала и шума.

Также команда рассчитала характеристики, которые должен иметь излучатель для квантовой связи, размещённый на высокоорбитальном спутнике. С этим оборудованием космический аппарат мог бы играть роль не только зеркала, отправляющего сигнал из одной точки Земли в другую, но и передающей стороны.

Возможно, подобными системами будут оснащены навигационные спутники нового поколения, запуск которых запланирован на ближайшие годы.

"Космические квантовые коммуникации представляют собой многообещающий способ гарантировать безусловную безопасность для спутниковых наземных и межспутниковых оптических линий связи", – заключает Валлоне.