Сколько Спутников Потребуется Для Создания Квантового Интернета?

Самое полезное применение квантовой механики - это возможность осуществлять безопасную коммуникацию посредством распределения квантовых ключей. Квантовый интернет-мечта многих технологов, он позволит решать и другие задачи квантовой обработки информации, включая синхронизацию квантовых часов, квантовую телепортацию, распределенную квантовую метрологию и зондирование.

Это означает, что квантовый интернет может защитить все-от личных сообщений и контрактов до финансовых транзакций. А поскольку грядущие квантовые компьютеры смогут взломать существующие алгоритмы шифрования, такая защита станет необходимой.

Но создание глобального квантового интернета - это сложная экспериментальная задача. Недавно группа исследователей из Университета штата Луизиана представила наиболее экономичный метод для этого.

Она включает в себя создание созвездия спутников с квантовой поддержкой, которые могут непрерывно передавать спутанные фотоны на землю. При рассмотрении такого подхода возникают два основных вопроса:

1) сколько спутников требуется для достижения глобального покрытия, превосходящего наземные конфигурации квантовых ретрансляторов?

2) на какой высоте должны располагаться эти спутники?

Наиболее важной особенностью такой сети является квантовая запутанность-явление, при котором две квантовые частицы имеют одинаковое существование, даже если они разделены большим расстоянием. Запутанные частицы остаются связанными, и действия, выполняемые над одной, влияют на другую.

Ученые в основном используют пары фотонов (созданных в одно и то же мгновение) для распределения запутанности. Когда вы посылаете фотоны в разные места, вы можете использовать их запутанность для отправки защищенных сообщений.

Однако запутанность (которая соединяет фотоны) чрезвычайно хрупка и ее трудно сохранить. Даже крошечное взаимодействие между фотоном и окружающей средой может нарушить эту связь.

Обычно это происходит при передаче запутанных фотонов непосредственно через оптические волокна или атмосферу. Эти фотоны взаимодействуют с другими атомами в стекле или атмосфере. При существующей технологии, запутанность может быть разделена только на несколько сотен миль.

Как Создать Квантовый Интернет?

Существует два варианта: первый предполагает использование устройств, называемых квантовыми ретрансляторами, которые оценивают квантовые характеристики, как только они прибывают, и передают их новым фотонам, которые отправляются по их пути. Хотя он может сохранить запутанность, этот метод подвержен ошибкам и может занять несколько лет для реализации.

Второй вариант предполагает создание в космосе запутанных пар фотонов и передачу их на две наземные станции в разных местах. Станции смогут обмениваться информацией с полной секретностью.

Китай уже проводил квантовые эксперименты в космическом масштабе. В 2016 году они запустили спутник под названием Micius для облегчения экспериментов по квантовой оптике на больших расстояниях.

В таких спутниковых сценариях фотоны покрывают только последние 13 миль своего путешествия через атмосферу. Таким образом, они могут путешествовать гораздо дальше (учитывая, что спутник не слишком близко к горизонту).

По мнению исследователей, подобная сеть спутников (если она будет реализована в больших масштабах) позволит создать более эффективный глобальный квантовый интернет. Для безопасной передачи / приема информации две наземные станции должны поддерживать связь с одним и тем же спутником в одно и то же мгновение, чтобы обе станции получали запутанные фотоны со спутника.

Минимизация Ресурсов

Строительство и запуск спутников обходятся в миллионы долларов, поэтому важно, чтобы количество спутников в Сети было как можно меньше, не нанося ущерба покрытию.

Исследователи смоделировали такую сеть и обнаружили, что есть несколько важных компромиссов, которые следует учитывать. Например, меньшее число спутников, размещенных на больших высотах, может обеспечить глобальный охват, но это может привести к большим потерям фотонов. В то время как спутники на более низких высотах могут покрывать только более короткие расстояния между наземными станциями.

По мнению исследовательской группы, наилучшим компромиссом была бы сеть из примерно 400 спутников, летающих на высоте 1900 миль. Чтобы представить это в перспективе, GPS имеет 24 спутника, работающих на высоте 12 500 миль.

Однако максимальное расстояние между двумя наземными станциями по-прежнему будет ограничено 4700 милями. Это означает, что такая сеть могла бы поддерживать безопасную связь между Нью-Йорком и Лондоном (3 459 миль друг от друга), но не между Хьюстоном и Лондоном (4 846 миль друг от друга).

Несмотря на этот серьезный недостаток, космический квантовый интернет будет значительно превосходить наземные сети квантовых ретрансляторов (где один ретранслятор должен быть установлен на каждые 120 миль).

Хотя гибридные сети, взаимодействующие с космическими квантовыми коммуникационными платформами и наземными квантовыми ретрансляторами, могут превратить эту мечту в реальность.

Ответы на вопросы:

Космический квантовый интернет значительно превзошел бы наземные сети квантовых ретрансляторов.

Создание глобального квантового интернета потребует размещения более 400 спутников на высоте 1900 миль.

Источник: drop.uz

Комментарии: