Мудрец на орбите: начал работу первый в мире спутник квантовой связи

Руками не трогать

Китай на три месяца позже запланированного срока успешно ввёл в эксплуатацию квантовый спутник связи «Мо-цзы». Он получил название в честь древнекитайского философа и был запущен в августе 2016 года. Первоначально спутник прошёл испытание на орбите. Теперь он сможет выполнять свою основную задачу: тестировать возможности передачи шифрованной информации, не поддающейся взлому.

Квантовая передача данных, для развития которой учёные и отправили спутник на орбиту, основана на свойствах поведения элементарных частиц света — фотонов. При помощи серий этих частиц можно кодировать информацию и отправлять её в таком виде адресату. Согласно расчётам, любое, даже самое аккуратное вмешательство в процесс неизбежно оставит заметный след. Следовательно, данные, передаваемые через подобные каналы связи, практически невозможно скопировать или перехватить.

Так называемый квантовый ключ изменится сразу же при попытке вмешательства, и хакер получит только бессмысленный набор символов.

Методы квантовой передачи данных уже применяются на практике: не предназначенную для чужих глаз информацию таким способом защищают некоторые банковские структуры. Некоммерческая исследовательская организация Баттельский мемориальный институт, используя подобную схему, частично производит обмен информацией между своими отделениями в американском штате Огайо и ирландском Дублине.

При помощи квантовых ключей обеспечивалась безопасность во время парламентских выборов в Швейцарии в 2007 году. Использование передачи данных при помощи квантовых компьютеров в Швейцарии стало первым случаем, когда власти официально заявили о том, что прибегают к этой технологии. Так как она применима пока только для узкого спектра целей, единственное, что получилось сделать, — это передать по проводам шифрованные данные о результатах голосования из избирательных центров. Критики отметили, что уязвимость выборов по большей части заключается в нарушениях на других этапах процесса. По этой причине некоторые сочли инновационный подход властей скорее пиар-ходом, а не попыткой предотвратить утечку информации. Метод не получил пока широкого применения и требует дальнейшей разработки. 

От проводов до телепортации

К проведению испытаний спутника квантовой связи Китай активно готовился с 2011 года — именно тогда началось строительство «Мо-цзы». Спутник станет частью эксперимента, проходящего на Земле. Оптоволоконные кабели общей протяжённостью около 2 тыс. км, которые позволяют обмениваться неуязвимыми для взлома квантовыми ключами, объединят четыре города от Пекина до Шанхая. «Мо-цзы» войдёт в эту сеть в качестве одного из элементов. Система позволит изучить и, возможно, решить одну из проблем квантовой передачи информации — вероятное повреждение данных при отправке на большое расстояние.

Дело в том, что серии фотонов не могут передаваться бесконечно: чем больше расстояние, тем больше шанс повреждения информации. Кроме того, пройдя определённую дистанцию, сигнал затухает. Чтобы поддерживать корректную передачу данных, учёным нужен способ обновления сигнала примерно через каждые 100 км. В проводах это делается при помощи «проверенных узлов», где ключ подвергается анализу, копируется новыми фотонами и отправляется дальше.

Спутник, проходя по орбите на высоте 1 тыс. км, будет тестировать другие способы передачи информации. В частности, он опытным путём изучит эффект квантовой запутанности. Квантовая запутанность предполагает, что если свойства двух частиц связаны, то эта связь сохранится и на расстоянии. Благодаря этому эффекту, «взглянув» на элементарную частицу в одном месте, можно узнать состояние другой, связанной с ней. 

По словам учёных из Китая, высота орбиты «Мо-цзы» идеальна для подобных исследований. Сигналы со спутника квантовой передачи информации будут транслироваться на наземные станции в Китае и в Австрии. Кроме того, вместе с коллегами из Европы специалисты изучат телепортацию фотонов и способы сокращения числа возможных ошибок при передаче.