Создание квантовой сети при помощи дронов

В будущем коммуникационные технологии смогут функционировать благодаря принципам квантовой механики, и теперь мы на шаг ближе к этой реальности. Исследователи в Китае продемонстрировали квантовую сеть, в которой запутанные фотоны передаются между дронами и наземными станциями, успешно поддерживая квантовую связь на расстоянии 1 км (0,6 мили).

Квантовая запутанность заключается в том, что пары частиц настолько переплетаются, что становятся как единое целое. Например, изменив поляризацию у одной частицы, она поменяется и у второй соответственно. Удивительно то, что эти изменения происходят мгновенно, не смотря на расстояние между ними.

Принцип работы квантовой сети

Это странное явление можно использовать для создания быстрых и безопасных сетей квантовой связи. Сперва генерируются запутанные пары фотонов, после чего они по одному передаются каждому пользователю, что позволяет им мгновенно получать сообщения друг друга. Большинство экспериментальных установок до сих пор проверяли это с помощью оптоволоконных кабелей, но фотоны могут потерять связь на больших расстояниях, постоянно отражаясь от стенок внутри кабеля.

Передача частиц по воздуху может увеличить расстояния, на которых способна функционировать квантовая связь. Раньше для этого использовались такие спутники, как Micius, которые несколько лет назад побили все рекорды, передавая квантовую информацию между двумя наземными станциями на расстоянии 1200 км (746 миль) друг от друга.

Но доступ к спутникам есть не всегда, и могут возникнуть некоторые технические трудности. Итак, в новом исследовании ученые из Нанкинского университета в Китае экспериментировали с аналогичной установкой, которая намного ближе к земле, - с дронами.

Тестирование квантовой сети с использованием дронов

В этом эксперименте исследователи хотели соединить две наземные станции, одну под названием Alice, а другую - Bob. Каждая станция собирает фотоны с помощью телескопа с апертурой шириной 26 мм и однофотонного детектора. Но не благодаря этому между ними осуществляется связь - в небе над ними парили два беспилотника.

Первый дрон генерирует запутанные пары инфракрасных фотонов, затем отправляет один из них на станцию Alice, а другой - на второй дрон. Этот дрон использует оптическое волокно, чтобы коллимировать фотоны, которые он получает, «фокусируя» их, чтобы затем их можно было передать на станцию Bob на земле.

Дроны находились на расстоянии около 200 м (656 футов) друг от друга, и каждый из них находился на расстоянии 400 м (1312 футов) от станции, на которую передавались фотоны, что означает, что сообщение фактически передавалось на расстояние в 1 км. Станция Alice зафиксировала около 25 процентов отправленных фотонов, в то время как станции Bob удалось уловить только около четырех процентов частиц.

На первый взгляд показатели не такие уж и высокие, но это приличный шаг вперед по сравнению с предыдущими экспериментами с волоконной оптикой, когда только около одного процента фотонов дошли до конца. Команда сравнила поляризацию фотонов, полученных станциями, и обнаружила, что они действительно оставались запутанными на протяжении всего пути.

Следующие шаги, по словам исследователей, - это добавление дополнительных дронов в систему для увеличения размера сети, потенциально обеспечивающей квантовые связи по всему городу. В отличие от спутников или оптоволоконных сетей, команду дронов в конечном итоге можно будет развернуть относительно быстро по необходимости, практически в любом месте. Они могут соединять две точки, которые не имеют прямой видимости, и, в отличие от вышек связи, способны перемещаться, чтобы избегать препятствий или ненастной погоды.