Физики из Китая создали прототип спутникового "квантового интернета". Квантовый спутник


Китайский квантовый спутник передал данные на 7600 километров

  1. Hi-News.ru
  2. Темы
  3. Технологии
  4. Китайский квантовый спутник передал данные на 7600 километров

Китайский квантовый спутник был запущен на орбиту два года назад. С тех пор он помог в проведении целого ряда экспериментов, а прошлым летом даже смог передать информацию трём наземным станциям, расположенным на расстоянии в тысячу километров друг от друга. На днях китайские физики вновь поставили рекорд, передав данные по защищённому каналу между австрийским городом Грац и китайским Синлуном. Расстояние между городами составляет более 7 тысяч километров.

Разработчики пояснили, что цель эксперимента — именно демонстрация работоспособности этой сети. Поэтому они всё настроили, а после того переслали информацию сначала в один, а затем в другой конец. Это означает, что в недалёком будущем китайские специалисты смогут конструировать и межконтинентальную квантовую сеть и использовать её для передачи информации. Это, по словам участников эксперимента с австрийской стороны, открывает новые возможности для разработки полноценного квантового интернета, создание которого уже не за горами.

Благодаря феномену квантовой запутанности подобную передачу данных невозможно взломать, поэтому вероятность взлома или прослушки полностью исключена. Разработчики уверены, что квантовые технологии будут широко использоваться в будущем.

Китайский квантовый спутник передал данные на 7600 километров Вячеслав Ларионов

Высший разум рекомендует:

hi-news.ru

Физики из Китая создали прототип спутникового "квантового интернета"

18:3019.01.2018

(обновлено: 22:16 19.01.2018)

24292402

МОСКВА, 19 янв — РИА Новости. Китайский квантовый спутник "Мо-Цзы" впервые передал реальные данные по защищенному каналу, связав австрийский Грац и китайский Синлун, между которыми 7,6 тысячи километров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Обмен информацией между узлами квантовой связи в представлении художникаКитайские физики провели первую межконтинентальную "телепортацию""Для демонстрации работоспособности этой сети мы передали фото Мо-Цзы из Пекина в Вену и отправили обратно карточку Эрвина Шредингера. С помощью "Мо-Цзы" нам удалось показать, что мы можем конструировать межконтинентальные квантовые сети, а это открывает дорогу для создания глобального квантового интернета", — пишут Антон Цейлингер (Anton Zeilinger), руководитель Академии наук Австрии, и его коллеги.

В основе современных квантовых технологий лежит феномен квантовой запутанности. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной связи, которые полностью исключают возможность незаметной прослушки благодаря законам квантовой механики, запрещающим "клонирование" состояния частиц света. Сейчас системы квантовой связи разрабатываются в Европе, Китае и США.

В последние годы созданы десятки таких систем, узлы которых могут обмениваться данными на довольно больших расстояниях — до 200-300 километров. Но все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, что свет угасает при движении через оптоволокно.

Поэтому многие команды ученых задумались о переводе систем квантовой связи на космический уровень — через спутник, позволяющий восстанавливать или усиливать связь между запутанными фотонами. Первый аппарат такого рода — китайский спутник "Мо-цзы" — вывели на орбиту в августе 2016 года.

Так художник представил себе сверхстабильный кубит при комнатной температуре
Китайские физики провели первую "орбитальную" квантовую телепортацию

Прошлым летом китайские и австрийские ученые впервые смогли провести орбитальную "телепортацию", обменявшись квантовыми ключами для видеоконференции между Пекином и Грацем.

На этом их работа не остановилась, и сегодня, как отмечают Цейлингер и его коллеги, команда "Мо-цзы" объявила о создании первой двухсторонней межконтинентальной системы квантовой связи. Пока она состоит из четырех узлов — самого спутника, лаборатории в Граце и двух станций слежения в Синлуне и Наньшане.

Как показали первые опыты с этой квантовой сетью, сигнал передается в ней очень хорошо — его качество примерно на 20 порядков выше, чем при передаче пучков частиц света через оптическое волокно той же длины, что и расстояние между спутником и станциями слежения (около 1,2 тысячи километров).

Обмен информацией между узлами квантовой связи в представлении художника
Ученые из Германии превратили обычные спутники в системы квантовой связи

Сейчас система связи, как отмечают исследователи, может работать в полностью космическом режиме: ключи вырабатывает и отправляет на узлы сам спутник, а не станции слежения. Это, с одной стороны, повышает надежность связи, но с другой — делает сам "Мо-цзы" целью для атак потенциальных хакеров.

Как отмечают ученые, число узлов в сети можно произвольным образом наращивать, что позволяет использовать спутники связи, аналогичные "Мо-цзы", для создания первой глобальной квантовой сети.

ria.ru

Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи

Запуск «Чанчжэн-2D» с «Мо-цзы»

CCTV+ / YouTube

С китайского космодрома Цзюцюань успешно стартовала ракета-носитель «Чанчжэн-2D» с первым в мире спутником квантовой связи. Запуск состоялся в 01:40 16 августа по местному времени (18:40 15 августа по московскому), сообщает «Синьхуа».

Спутник под названием QUESS (Quantum Experiments at Space Scale, «Квантовые эксперименты космических масштабов») получил неофициальное имя «Мо-цзы» (лат. Micius) в честь древнекитайского философа. Аппарат массой более 600 килограммов выйдет на солнечно-синхронную орбиту на высоте 500 километров и будет совершать оборот вокруг Земли за 90 минут.

QUESS предназначен для проведения экспериментов по космической связи с использованием квантового шифрования. В ходе двухлетней миссии он будет отправлять фотоны в состоянии квантовой запутанности к двум наземным станциям в Пекине и Урумчи, которые находятся на расстоянии 1200 километров друг от друга. Также с помощью спутника планируется провести эксперимент по квантовой телепортации.

В случае успеха миссии QUESS Китай планирует вывести на орбиту серию спутников квантовой связи для создания глобальной коммуникационной сети, защищенной от взлома.

Квантовое шифрование предназначено для безопасной передачи ключа от кодированного сообщения, передаваемого по традиционным линиям связи. Информацию о ключе несут единичные фотоны в виде своих характеристик (поляризации, фазы и других). При попытке взлома квантовое состояние фотона нарушается, что будет заметно получателю сообщения при сверке ключа. Подробнее о квантовом шифровании можно почитать здесь, о квантовой телепортации подробно рассказывает другой наш материал.

К настоящему времени рекорд дальности квантового шифрования составляет 400 километров, он принадлежит китайским физикам. Американским ученым удалось реализовать абсолютно устойчивое квантовое шифрование, в котором фотоны передают и ключ, и саму зашифрованную информацию. В России недавно прошли испытания первой «уличной» линии квантовой связи.

Олег Лищук

nplus1.ru

Китайский спутник создал квантовую запутанность на рекордном расстоянии

Квантовый спутник «Мао-Цзы», находящийся на орбите высотой 500 км, передал квантово запутанные частицы приемникам в городах Дэлинха (Тибет) и Линцзян (провинция Юньань), которые разделяют 1200 километров.

Китайские физики под руководством доктора Цзянь-Вэй Паня из Научно-технического университета Китая в Шанхае, смогли с помощью спутника «Мао-Цзы» (Micius) «передать» квантово запутанные частицы на рекордное расстояние — статья об этом вышла в журнале Science. Это достижение стало еще одним шагом на пути к созданию защищенных квантовых линий связи.

Стоит вкратце напомнить суть эффекта квантовой спутанности: она заключается в том, что элементарные частицы, расположенные на значительном расстоянии друг от друга, могут менять состояние согласованно и синхронно. Это опровергает «принцип локальности», гласящий, что на элементарную частицу влияет только ее близкое окружение. Например в данном эксперименте физики, выстрелив из лазера в установленный на спутнике кристалл, заставили его испускать пары фотонов, квантово запутанных таким образом, что их поляризация всегда противоположна.

После этого пары были разделены, а составляющие их фотоны были переданы со спутника на два приемника в городах Дэлинха (Тибет) и Линцзян (провинция Юньань). Обе эти станции находятся высоко в горах, что позволило свести к минимуму «деградацию» запутанности фотонов при их прохождении через атмосферу.

Наконец, в финальной паре эксперимента китайские физики случайным образом взяли 1000 фотонных пар, принятых в Дэлинха и Линцзяне, и обнаружили, что фотоны в них имеют противоположную поляризацию гораздо чаще, чем это было бы при случайном распределении.

«Это крупное, важнейшее достижение, — прокомментировал работу китайских коллег физик Томас Дженневайн (Thomas Jennewein) из университета Ватерлоо в Канаде. — Они взяли эту смелую идею и воплотили ее в жизнь».

В то же время, другой физик, Александр Лин (Alexander Ling) из Национального университета Сингапура указывает на то, что Паню и его коллегам удалось «поймать» на Земле только примерно один протон из 6 миллионов, посланных со спутника — а значит, впереди еще много работы.

С 1970-х гг. физики экспериментируют с явлением квантовой запутанности, стараясь разнести «запутанные» частицы как можно дальше друг от друга — ведь таким образом можно было бы передавать зашифрованную информацию на большие расстояния. Однако до сих пор сохранить эффект удавалось на расстоянии максимум 1,3 км между частицами. Дело в том, что «запутанность» быстро деградирует при передачи частиц по воздуху или оптоволкну. Спутники, обменивающиеся информацией через безвоздушное космическое пространство, могут быть решением проблемы.

Именно для поиска таких способов и был запущен в 2015 году «Мао-Цзы» — первый в мире спутник квантовой связи. Свое название он получил в честь древнекитайского философа, который, как считается, впервые в истории человечества проводил оптические эксперименты. В перспективе с помощью «Мао-Цзы» планируется также проводить эксперименты по квантовой телепортации на большие расстояния.

scientificrussia.ru

Китайский спутник впервые обеспечил квантовую связь космос — Земля

Это самая длинная линия квантовой связи и первая соединившая Землю и космос. По словам ученых, достижение открывает новые возможности по использованию квантовой коммуникации и поможет в проведении фундаментальных исследований по квантовой оптике на расстояниях, недостижимых на Земле.

Запущенный в августе прошлого года спутник использует кристалл, чтобы создать пары запутанных фотонов прямо на орбите. Затем фотоны перемещают на наземные базы в Китае, проходя 2400 км по открытому космосу.

В теории запутанные фотоны будут оставаться связанными на любом расстоянии, но на практике это довольно сложно сделать, не нарушая целостность пары. Если же все проходит успешно, то на выходе получается канал связи, который невозможно взломать. Поэтому самое простое использование нового открытия — это сеть, которая позволяет надежно передавать на большие расстояния зашифрованные ключи. Всякого, кто попробует перехватить сигнал, будет легко вычислить, так как невозможно изучить движущиеся фотоны, не изменяя их.

Квантовая телекоммуникационная связь сейчас использует оптоволоконные кабели для переноса фотонов. Первая такая сеть, финансируемая DARPA (Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США), была проведена в 2003 году между Гарвардом, университетом Бостона и частной лабораторией. С тех пор многие пытались создать коммерчески успешную квантовую сеть. Так, швейцарская компания ID Quantique работает над сетью, которая соединила бы крупнейшие дата-центры в Северной Америке.

Природа оптоволокна накладывает ограничения на максимальную дальность передачи фотона. По мнению главы ID Quantique Грегуара Риборди, спутниковая квантовая связь помогла бы объединить существующие волоконные линии в единую мировую квантовую сеть.

Над космической квантовой связью также работают ученые из британского университета Стратклайд и Национального университета Сингапура. Они надеются создать подобную связь с помощью дешевых спутников CubeSats. А канадская команда ученых планирует сначала создавать запутанные фотоны на Земле и уже потом отправлять их в космос.

В Китае также строят квантовую линию связи протяженностью 2 тыс. км между Пекином и Шанхаем. В ноябре 2016 года был запущен первый участок длиной 712 км между Шанхаем и Хефэем, столицей провинции Аньхой.

hightech.fm

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Китай успешно запустил первый в мире квантовый спутник. Старт ракеты Long March-2D был осуществлен с космодрома Цзюцюань во вторник, 16 августа, в 1:40 (20:40 мск понедельника), передает «Синьхуа».

Аппарат массой более 600 килограммов будет находиться на солнечно-синхронной орбите высотой 500 километров, его период обращения вокруг Земли будет составлять 90 минут. Миссия «Квантовые эксперименты в космическом масштабе» (Quantum Experiments at Space Scale, QUESS) рассчитана на два года.

Материалы по теме

00:01 — 18 февраля 2016

Квантовая телепортация найдет применение в дальней космической связи

00:04 — 4 августа 2016

Как два пальца

Как устроена телепортация и при чем тут квантовая физика

Спутник получил название «Мо-Цзы» (Micius) в честь жившего в пятом веке до нашей эры китайского философа и ученого, который, как считается, первым в истории человечества проводил оптические эксперименты.

С помощью аппарата ученые смогут протестировать квантовое распределение ключа между спутником и наземными станциями и отработать проведение защищенных сеансов связи между Пекином и Урумчи. Также в ходе миссии будет исследован механизм квантовой запутанности и проведена тестовая квантовая телепортация между наземной станцией в Тибете и спутником.

Квантовая телепортация — передача квантового состояния частицы (системы частиц) на расстояние. Для этого используется разнесенная на расстояние пара сцепленных (запутанных) частиц. Согласно квантовой механике, даже при удалении таких частиц друг от друга они сохраняют информацию о состоянии своего партнера. Такие запутанные частицы нарушают принцип локальности, по которому на состояние объекта может оказывать влияние лишь его близкое окружение.

lenta.ru

Китайский квантовый спутник побил рекорд запутанности

Физики из Китайской академии наук сообщили о первых научных результатах миссии квантового спутника связи QUESS (иначе, «Мо-Цзы»). Аппарат обеспечил распределение запутанных фотонов на рекордно большое расстояние, свыше 1200 километров — это в 12 раз больше чем в предыдущих экспериментах. Эксперимент вновь подтверждает нарушение локальности запутанными частицами. В дальнейшем в планах миссии реализация квантовой спутниковой линии связи между Веной и Пекином и эксперименты по квантовой телепортации. Исследование опубликовано в журнале Science и попало на обложку нового выпуска.

Схема генерации пар запутанных фотонов на спутнике. Juan Yin et al. / Science, 2017

Запутанные частицы — один из необычных объектов квантового мира. Они некоторым образом нарушают важное свойство классической физики — локальность мира. Это свойство означает, что событие в одной точке (скажем, в Москве) не может мгновенно повлиять на физическую действительность в другой точке (скажем, в Варшаве). Необходимо, чтобы информация об этом событии в каком либо виде — например, в качестве электромагнитных волн — достигла второй точки. Передача информации со скоростью большей скорости света запрещена специальной теорией относительности. 

Если в некотором процессе рождается пара частиц, то их состояния взаимосвязаны между собой. Они ведут себя как единая система даже при разделении на большое расстояние. Измерение состояния одной частицы в паре изменяет систему в целом и, тем самым, моментально меняет физическую действительность для второй частицы в паре. Подробнее об этом можно прочитать в материале квантовой азбуки «Нелокальность».

Для проверки нарушений локальности используются неравенства Белла. По статистике эксперимента они могут показать, «договариваются» ли между собой запутанные частицы изначально о том, как реагировать на измерение, или же происходит моментальное и нелокальное изменение состояния частиц. Нарушения неравенств Белла были неоднократно продемонстрированы на масштабах вплоть до ста километров между запутанными частицами. Однако, как отметил руководитель миссии «квантового спутника» Пан Цзянь-Вэй, физиков интересует существование какого-либо предела масштабов. 

Кроме фундаментального интереса, распределяя запутанные частицы на большие расстояния можно реализовать протоколы квантовой телепортации или прямой защищенной квантовой связи. Это необходимо для безопасной передачи данных. 

Увеличить расстояние для передачи запутанных частиц на поверхности Земли достаточно трудно. С каждым новым метром оптического пути сигнал затухает, а большинство экспериментов основано на передаче одиночных фотонов. По оценкам авторов работы, для двух оптоволоконных плеч, каждое длиной 600 километров, оба запутанных фотона будут достигать детекторов с частотой 10-12 раз в секунду, или один раз в 30 тысяч лет. В космосе вероятность рассеивания фотона гораздо меньше — нет ни турбулентных образований в атмосфере, ни дефектов оптоволокна.

Расположение наземных станций. Juan Yin et al. / Science, 2017

С помощью космического аппарата «Мо-Цзы» физикам удалось распределить запутанные фотоны между парами обсерваторий, находившихся на расстоянии до 1203 километров. Эксперимент был устроен следующим образом. На космическом аппарате был установлен яркий источник запутанных фотонов — кристалл, в котором происходило спонтанное параметрическое рассеяние, превращение одного фотона в два с уменьшенной энергией. Источник формировал около шести миллионов пар запутанных фотонов в секунду. Затем фотоны пары отправляли с помощью двух телескопов к наземным обсерваториям: Дэлинха (Тибет), Наньшань (Урумчи) и Гаомеигу (Юньнань). Как телескопы спутника, так и телескопы-приемники требовали высокой точности наведения — «Мо-Цзы» двигался по орбите со скоростью около восьми километров в секунду.

По словам авторов, наибольшие потери одиночных фотонов происходят в нижних 10 километрах атмосферы Земли. Расстояния от спутника до наземных станций по прямой составляли от 500 до 1700 километров. В таких условиях физикам удалось собрать свыше 1000 событий, когда оба фотона запутанной пары достигали наземной обсерватории — примерно одно событие на шесть миллионов отправленных фотонных пар. Для проверки запутанности и нарушения локальности ученые анализировали взаимную поляризацию пар фотонов. Со статистической значимостью в четыре стандартных отклонения исследователи показали, что поляризация частиц оказывалась взаимно перпендикулярной чаще, чем того можно было ожидать в предположении локальности. 

Ученые отмечают, что несмотря на успешную демонстрацию квантовой запутанности на таких огромных расстояниях, небольшая скорость распределения фотонов не позволяет говорить о практических применениях. Однако в ближайшие пять лет Китайская академия наук планирует запуск новых спутников, с более мощными пучками фотонов — их работе не будет мешать свет Солнца или Луны. Такие системы могут найти реальное практическое применение. 

На следующих этапах миссии Пан Цзянь-Вэй планирует воспользоваться спутником для квантового распределения ключа — алгоритма создания ключа шифрования, защищенного от «подслушивания» законами квантовой механики. Сначала ключ будет распределен между китайскими обсерваториями, а в перспективе и между Китаем и Австрией. Кроме того, ученые планируют реализовать спутниковую квантовую телепортацию. В интервью журналу Nature физик также упоминал о планах по распределению запутанных фотонов между Землей и Луной. 

Помимо масштаба расстояний, на которых происходит нарушения локальности, физики также исследуют масштабы временных корреляций. Так, в 2016 году международный коллектив ученых использовал свет удаленных звезд в роли генератора случайных чисел. Это позволило устранить возможность того, что запутанные частицы могли «договориться» о поведении в эксперименте еще до их рождения. 

Автор: Владимир Королёв

www.nanonewsnet.ru


Читайте также
  • Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
    Гиперскоростная звезда – более 1.000.000 миль в час
  • Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
    Астрономы обнаружили самую большую спиральную галактику
  • Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
    Млечный путь содержит десятки миллиардов планет, схожих с Землей
  • Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
    Млечный путь разорвал своего спутника на четыре отдельных хвоста
  • Найден источник водородных газов для нашей Галактики
    Найден источник водородных газов для нашей Галактики