Китайцы создали первую мобильную станцию квантовой спутниковой связи

В Китае создали первую в мире мобильную станцию для связи со спутником по защищенному методами квантовой криптографии каналу. В рамках демонстрации станция успешно обменялась информацией с первым спутником квантовой связи «Мо-Цзы», который был запущен в 2016 году, сообщает New Scientist.

Квантовая механика позволяет создавать принципиально новые методы криптографии, в которых адресат и получатель зашифрованного сообщения могут удостовериться, что их не прослушивают. Это возможно благодаря явлению квантовой запутанности — получение частиц со связанными свойствами, причем измерение их параметров кем-либо можно зафиксировать.

Существует множество протоколов квантовой криптографии, и один из простейших — квантовое распределение ключа. Этот процесс позволяет двум участникам коммуникации создать с помощью квантового канала ключ сообщения, который необходим для расшифровки основного содержания. При этом участники могут начинать заново процесс получения ключа до тех пор, пока не убедятся в отсутствии помех и перехвата данных, затем зашифровать с его помощью данные и передать их через обычный канал.

Одна из основных проблем квантовых коммуникаций заключается в разрушении запутанности вследствие взаимодействия с окружающим веществом. Для минимизации этих потерь предлагается развернуть группировку специальных спутников, которые будут обеспечивать глобальное покрытие квантовой связью. Первый экспериментальный аппарат такого плана «Мо-цзы» был успешно выведен на орбиту в 2016 году и протестирован.

Цзи-Ган Жэнь (Ji-Gang Ren) из Научно-технического университета Китая и его коллеги создали портативную наземную станцию квантовой связи. В отличие от «Мо-цзы», который весит примерно 10 тонн, масса новой установки составляет всего порядка 80 килограмм, а сама она достаточно мала для установки на крыше автомобиля. Разработка способна как отправлять, так и принимать сообщения по квантовому каналу.

Существенное уменьшение габаритов и веса по сравнению со стационарными установками сказалось на параметрах передатчика — он способен обмениваться данными со скоростью порядка 4–10 тысяч бит в секунду, в то время как для крупных установок она составляет порядка 40 тысяч бит в секунду.

Для проверки работоспособности системы ученые реализовали протокол квантового распределения ключа между мобильной станцией в провинции Цзинань и стационарной в Шанхае на расстоянии порядка 700 километров по прямой. Передача осуществлялась через спутник «Мо-Цзы».

Разработка в первую очередь мотивирована запросами китайских банков, которые уже используют спутниковую квантовую криптографию для связи отделений в разных частях страны. В ближайшие несколько лет ученые планируют запустить на орбиту небольшие спутники квантовой связи, целью которых будет обслуживание коммерческих клиентов.

«Мо-Цзы» снабжен большим количеством оборудования, благодаря чему с его помощью было поставлено несколько рекордов. В частности, была продемонстрирована телепортация квантового состояния на околоземную орбиту, побит рекорд квантовой запутанности и осуществлен первый сеанс трансконтинентальной спутниковой квантовой связи.

Тимур Кешелава