Китайский спутник квантовой связи передал первые данные. Спутник квантовой связи
Первый в мире спутник квантовой связи
В эпоху постоянных кибератак и глобального электронного наблюдения государства ищут способ надежно защитить свои средства связи. И дальше всего в этой гонке шифрования зашел Китай, создав первый в мире космический спутник квантовой связи. Это может положить начало для создания коммуникационных связей, которые просто невозможно взломать.
Новый спутник квантового космоса (сокращенно QUESS) — это не просто научный эксперимент. Китай уже становится мировым лидером в технологии квантовой связи.
В квантовой связи благодаря квантовой запутанности ни одну частицу нельзя описать независимо от другой. Все они находятся в квантовом состоянии, которое схлопывается при наблюдении. Квантовое шифрование, таким образом, позволяет моментально засечь любого шпиона, который одним своим наблюдением схлопывает квантовую функцию и обнаруживает себя. Более того, теоретически любой квантовый ключ шифрования практически невозможно взломать даже с помощью квантового компьютера (который, в свою очередь, может взломать любую другую систему современного шифрования), хотя он не застрахован от чисто физических воздействий, человеческой ошибки или ошибки сетей.
Спутник QUESS сможет проверить, можно ли уже сейчас выстроить систему квантовой коммуникации, и более того, он завершит растущую китайскую квантовую сеть между Пекином и Шанхаем, которая уже превышает 2000 км. Функция спутника в том, чтобы протестировать феномен квантовой запутанности. На спутнике весом 500 кг будет коммуникатор с квантовым ключом, передатчик квантовой запутанности, источник запутанности, обрабатывающий модуль и лазерный коммуникатор. QUESS будет осуществлять передачи между двумя наземными станциями (одной в Китае, другой в Европе), передавая квантовые ключи. По замечанию руководителя проекта расстояния между станциями и спутником (тот будет находится на высоте 1000 км над Землей) идеальны для тестирования квантовой телепортации протонов.
Вдобавок ко всему этому, китайские ученые сотрудничают со своими европейскими коллегами в проверке других квантовых технологий, таких как телепортация фотонов, снижение числа ошибок при передачи и генераторов случайных чисел. Если миссия QUESS окажется успешной, то Китай построит азиатско-европейскую систему, основанную на квантовых ключах, уже к 2020 году, за которой последует глобальная квантовая коммуникационная сеть к 2030 году.
www.popmech.ru
Китайский квантовый спутник побил рекорд запутанности
Схема генерации пар запутанных фотонов на спутнике
Juan Yin et al. / Science, 2017
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.
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.
Владимир Королёв
nplus1.ru
Китай запустил первый в мире спутник квантовой связи
Фото: news.xinhuanet.com
Запуск ракеты Long March-2D со спутником квантовой связи
Аппарат проведет тестовую квантовую телепортация между наземной станцией в Тибете и спутником.
Китай запустил первый в мире квантовый спутник в рамках миссии "Квантовые эксперименты в космическом масштабе", рассчитанную на два года. Об этом пишет Lenta.Ru, ссылаясь на агентство Xinhua.
Спутник в космос вывела ракета Long March-2D с космодрома Цзюцюань во вторник, 16 августа, в 1.40 (20.40 по Киеву понедельника).
Аппарат получил название Мо-Цзы (Micius) в честь китайского философа и ученого, жившего в пятом веке до нашей эры который, как считается, первым в истории человечества проводил оптические эксперименты.
Фото: Micius
Аппарат весит более 600 килограммов и будет находиться на солнечно-синхронной орбите высотой 500 километров, его период обращения вокруг Земли будет составлять 90 минут.
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.
В марте этого года ученые заявили, что нашли способ, позволяющий фактически мгновенно телепортировать информацию о свойствах материи на небольшие расстояния не на квантовом, а на обычном уровне.
Китайские ученые в июне этого года намерены осуществить первый в мире эксперимент по квантовой телепортации на расстояние около 1200 километров.
Ранее в Китае построили самый большой радиотелескоп в мире, площадью в 30 футбольных полей.
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.
Физики продвинулись в квантовой телепортации
korrespondent.net
Китайский спутник квантовой связи передал первые данные — Naked Science
По сообщению издания «РИА Новости», ссылающегося на газету «Жэньминь жибао», китайские ученые получили первые данные от «Мо-цзы»: их утром 17 августа приняла наземная станция управления спутниками. Всего было передано 202 мегабайта данных в хорошем качестве. Сразу после получения данных китайские исследователи занялись обработкой полученной информации.
Напомним, во вторник, 16 августа, Поднебесная произвела старт ракеты со спутником квантовой связи «Мо-цзы» на борту. Запуск аппарата стал важным событием как для науки КНР, так и для общемировой науки в целом. Спутник был назван в честь древнекитайского философа, который создал учение о всеобщей любви. Аппарат весит примерно 600 кг и находится на орбите на высоте 500 км. Спутник имеет коммуникатор квантового ключа, излучатель квантовой запутанности, источник квантовой запутанности, процессор и контроллер квантового эксперимента, а также высокоскоростной когерентный лазерный коммуникатор.
В рамках миссии «Мо-цзы» планируется осуществить квантовую передачу информацию и установить защищенный канал связи между столицей КНР и Веной. Первые три месяца нахождения спутника на орбите специалисты будут проводить орбитальное тестирование. Затем начнется фаза его эксплуатации. Если все пройдет согласно плану, КНР станет первым государством, которое произведет передачу квантовой информации между спутником и Землей. Всего, как предполагается, эксперимент продлится два года.
Недавно издание National Business Daily провело опрос среди аналитиков: по их мнению, в течение ближайших пяти лет появится использующий квантовую связь рынок, объемы которого будут достигать 7,5 млрд долларов США.
В сравнении с обычными методами передачи информации, квантовые сети обладают одним неоспоримым преимуществом: они защищены от стороннего считывания. Таким образом, переданные данные будут надежно защищены. Это достигается благодаря принципу неопределенности Гейзенберга.
naked-science.ru
КНР запустила первый в мире спутник квантовой связи — Naked Science
Китайцы стали первыми в истории, кто запустил спутник квантовой связи. Ракета «Великий поход-2Д» с аппаратом на борту стартовала с космодрома Цзюцюань в 1:40 по местному времени (20:40 мск). Спутник квантовой связи весит около 600 кг: он будет располагаться на орбите на высоте 500 км. Аппарат начали разрабатывать в 2011 году: он назван в честь древнекитайского философа Мо-цзы, жившего приблизительно в 470–390 годах до н. э. Этот мыслитель известен в качестве создателя учения о всеобщей любви. Кроме этого, Мо-цзы приписывают проведение первых в истории человечества оптических экспериментов.
При помощи спутника ученые КНР надеются осуществить тестирования квантового распределения ключа между выведенным на орбиту аппаратом и наземными комплексами. Специалисты также планируют исследовать механизм квантовой запутанности, а кроме этого, провести тестовую квантовую телепортацию между спутником и станцией, расположенной в Тибете. Всего эксперимент, как предполагается, займет около двух лет.
Квантовой телепортацией называют копирование свойств одной частицы на другую, которая расположена на определенном удалении. Для этого используются сцепленные (запутанные) частицы. Стоит сказать, что квантовая телепортация не имеет никакого отношения к термину «телепортация», используемому в научной фантастике.
По мнению научного сообщества, запуск спутника квантовой связи – важный шаг на пути к внедрению квантовых коммуникаций в масштабах всего мира. Такая технология позволит создавать каналы связи, которые будет невозможно взломать.
Проект Мо-цзы делает Китай одним из мировых лидеров в этом направлении. Стоит также сказать, что до конца текущего года в КНР планируется введение в эксплуатацию квантовой коммуникационной линии между Пекином и Шанхаем, протяженность которой будет превышать 2 тыс. км. Реализация этого проекта началась в 2013 году.
naked-science.ru
Китай запустил первый в своём роде квантовый спутник
В понедельник вечером (или же во вторник утром по пекинскому времени) Китай запустил в космос свой квантовый научный спутник Quantum Science Satellite, который планируется использовать для проведения новаторских экспериментов в области квантовой связи, квантовой запутанности и проверки в космических масштабах базовых законов квантовой механики.
Запуск был произведён в понедельник в 17:40 по Гринвичу (01:40 по пекинскому времени) с космодрома Цзюцюань, расположенного в сердце пустыни Гоби, при помощи ракеты Чанчжэн 2D, которая вывела космический аппарат массой в 620 килограммов на высоту в 600 километров с углом наклона орбиты в 97,79 градуса.
При помощи спутника Quantum Science Satellite будет сделана попытка проведения беспрецедентного эксперимента, цель которого состоит в том, чтобы определить, будет ли работать пока ещё малоизученный эффект квантовой спутанности на больших расстояниях – для этого со спутника будут излучаться спутанные фотоны для приёма двумя наземными станциями, расположенными на расстоянии 1 200 километров друг от друга.
Спутник, известный под аббревиатурами QSS (Quantum Science Satellite – Квантовый научный спутник), или же QUESS (Quantum Experiments at Space Scale – квантовые эксперименты в космических масштабах), также должен будет испытать возможности осуществления связи через квантовую телепортацию» с использованием связанной пары фотонов.
Если при помощи спутника удастся осуществить успешную передачу защищённой квантовой информации между наземными станциями, это сможет иметь огромные последствия для развития криптографии.
Спутник QUESS стал первым в мире квантовым спутником связи, однако ряд других стран уже также озвучили свои планы по созданию подобных аппаратов, признавая их высокое значение для передачи зашифрованной информации.
Модуль полезной нагрузки спутника включает в себя квантовый ключевой коммуникатор, излучатель квантовой спутанности, источник квантовой спутанности, контроллер квантовых экспериментов, процессор, лазерный коммуникатор. Все они были созданы Национальным научным космическим центром в Пекине, работающим в структуре Китайской академии наук. Проектный срок службы спутника составляет два года.
Данная миссия является детищем Пан Дзянвэя из академии – китайского пионера космической квантовой науки. Проведение экспериментов также предусматривает участие в них Австрийской академии наук из Вены.
За день до запуска спутник получил «прозвище» Мо-Цзи (墨子号), в честь древнекитайского философа Мо-Цзи, родившегося примерно в 470 году до нашей эры.
Спутник QUESS стал уже третьим из четырёх китайских научных спутников, которые запускаются на протяжении года в рамках развития стратегической научной космической программы, инициированной Китайской академией наук в 2011 году.
Две миссии, организованные Национальным центром космических знаний, – запуск зонда DAMPE (Wukong) для сбора и изучения частиц Тёмной материи в декабре и апрельский запуск спутника Шицзянь-10 для изучения микрогравитации – прошли успешно.
Четвёртый аппарат, сверхмощный рентгеновский телескоп Hard X-ray Modulation Telescope недавно прошёл все необходимые заводские испытания, и отправится в космос ближе к концу текущего года.
В течение четырёх лет он будет наблюдать за чёрными дырами, нейтронными звёздами и прочими космическими явлениями, используя рентгеновские и гамма-лучи.
Китай представил дорожную карту развития национальной космической науки на протяжении 2016-2030 годов и уже работает над следующей порцией миссий, включая создаваемый совместно с европейскими партнёрами аппарат «SMILE» (Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) для изучения влияния солнечного ветра на магнитное поле и ионосферу Земли.
Аппарат SMILE – один из пяти создаваемых новых космических зондов, предназначенных для изучения орбиты Земли, Солнца, и явлений открытого космоса.
В марте было объявлено о плане выделить на развитие китайской космической науки суммы в 5,9 миллиарда юаней (910 миллионов долларов) на протяжении текущей пятилетки (2016-2020).
«Выделение данной суммы позволит нам запустить к 2030 году в космос 15-20 научных спутников, а может и больше», – заявил генеральный директор Национального центра космических знаний Ву Цзи.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Понравилось нас читать? Подпишись тутmediasat.info
Квантовый спутник «Мо-цзы» установил рекорд запутанности — Naked Science
Квантовая запутанность предполагает, что состояния двух или более объектов (например, элементарных частиц), полученных при определенных условиях, сохраняют взаимосвязь несмотря на отсутствие фундаментальных взаимодействий. Так, изменение квантового состояния одного запутанного фотона приводит к взаимозависимому изменению другого. Поскольку такая взаимозависимость не зависит от известных взаимодействий, феномен нарушает принцип локальности. Согласно ему, непосредственно на объекты влияет только их окружение, поэтому передача информации между, скажем, Пекином и Веной возможна лишь при наличии физического носителя, в частности электромагнитных волн.
Нарушения принципа локальности выявляются с помощью неравенств Белла. Теорема, инструментом которой они выступают, предусматривает, что отличить изменения, обусловленные некими скрытыми параметрами, от квантовой запутанности позволяет серийный эксперимент. Установить такие нарушения статистически удавалось уже не раз — для расстояний между частицами до ста километров. Однако ученых интересуют доступные пределы запутанности. Помимо значения для фундаментальной науки, обеспечение запутанности на больших дистанциях поможет в реализации защищенной квантовой связи и квантовой телепортации, необходимых для абсолютно безопасного обмена данными.
Схема генерирования пар запутанных фотонов на спутнике, где PL — лазер накачки, PPKTP — нелинейный оптический кристалл (титанил-фосфат калия), LP Collimator — коллиматоры / ©Juan Yin et al., Science, 2017
Увеличить масштабы запутанности на Земле трудно. Из-за дефектов оптоволокна и турбулентности в атмосфере пропускная способность канала определяется интенсивностью сигнала, снижаясь с каждым метром. При этом эксперименты с запутанностью, как правило, основаны на работе с одиночными фотонами: по расчетам авторов новой статьи, при длине оптоволоконной линии в 1200 километров частицы в случае наземной передачи будут достигать детекторов раз в 30 тысяч лет. Более предпочтительной считается передача сигнала в космосе. В 2016 году Китайская и Австрийская академии наук запустили на орбиту первый спутник квантовой связи «Мо-цзы» массой 600 килограммов.
Первые данные аппарат передал на Землю в августе, окончание тестирования и ввод в эксплуатацию состоялись в январе 2017 года. Теперь физики завершили обработку результатов: согласно отчету, спутник обеспечил запутанность на расстоянии более 1200 километров. Эксперимент был построен так. Кристалл, в котором рассеянные фотоны превращались в запутанные, на борту «Мо-цзы» генерировал порядка шести миллионов пар частиц в секунду. Посредством двух телескопов они направлялись к телескопам трех наземных обсерваторий, удаленных от источника фотонов на 500–1700 километров. Причем орбитальная скорость спутника составляла примерно восемь километров в секунду.
Таким образом, ученые зафиксировали более одной тысячи событий (одно на шесть миллионов), когда пары запутанных частиц достигали приемников. По их словам, наиболее существенные потери одиночных фотонов происходили в тропосфере, на уровне десяти километров над поверхностью планеты. Несмотря на новый рекорд и успешную демонстрацию технологии, низкая скорость передачи пока не позволяет говорить о ее практическом применении. Улучшить показатели планируется с помощью новых спутников квантовой связи, которые Китайская академия наук намерена запустить в ближайшие годы. В отличие от «Мо-цзы», они будут обладать более мощными источниками запутанных частиц.
Подробности исследования представлены в журнале Science.
Ранее китайские физики впервые реализовали протокол прямой защищенной квантовой связи с использованием квантовой памяти.
Сюжет об эксперименте / ©Science
naked-science.ru
