Турбулентность поможет передавать оптические сигналы на большие расстояния
Новые исследования в области передачи квантовых оптических сигналов на дальние расстояния показывают, что особые условия атмосферной турбулентности могут способствовать коммуникациям более чем на 100 км. Если сравнивать потери в атмосфере с транспортировкой сигнала на те же расстояния при помощи оптоволокна, воздушный канал оказывается даже более выгодным.
Защита данных – один из важнейших разделов современных информационных технологий, находящий свое применение в финансовых, военных и даже личных коммуникациях. Некоторые считают, что развитие высокопроизводительных вычислений на основе квантовой механики может взломать используемые на сегодняшний день схемы шифрования данных. Однако, квантовая механика может иметь в информационных технологиях и более важное полезное применение. С ее помощью можно реализовать безопасную схему передачи ключей к шифрам (последовательностей чисел, позволяющих прочитать зашифрованное сообщение) на дальние расстояния. Сделать это можно было бы с использованием так называемых «спаренных» (на квантово-механическом уровне) фотонов, для которых фиксация (т.е. измерение) одного из них влияет на результат измерения другого. Квантовая связь разрушается, если один из связанных фотонов оказывается перехвачен по пути к адресату. Таким образом, адресат узнает о попытке прослушивания.
Ранее считалось, что эта схема не работоспособна, если речь идет об оптической передаче информации через атмосферу. Из-за турбулентности оптические сигналы, посылаемые на большие расстояния по воздуху, отклоняются от своего первоначального маршрута, при этом связь между фотонами теряется. Т.е. адресат может не получить сообщения вообще или получить его «с пометкой» о попытке прослушивания.
Однако, в февральском номере журнала Physical Review A австрийские исследователи опубликовали статью, где доказали, что информация, закодированная в квантах света, при определенных условиях может передаваться в атмосфере даже лучше, чем по оптоволокну. Ученые обнаружили, что некоторые фотоны, вопреки ожиданиям, после транспортировки через турбулентную атмосферу, остаются связанными. Такой эффект наблюдается для одной пары фотонов из миллиона «стартовавших», но именно для нее степень связанности частиц в конце пути остается достаточно высокой.
В опубликованной статье команда привела объяснение прошлогодних экспериментов, в рамках которых оказалось, что два фотона оставались связанными на квантово-механическом уровне, перемещаясь на расстояния более 100 км (эксперименты проводились между двумя из группы Канарских островов недалеко от берега Марокко). Согласно их теории атмосферная турбулентность даже «играла на руку», хотя, это совсем не означает, что еще большие возмущения приведут к лучшим результатам. Как говорят участники исследований, при увеличении турбулентности качество связи будет ухудшаться (ведь будет снижаться количество «финишировавших» частиц, сохранивших связанность), но, по сравнению с потерями при передачи данных на те же расстояния в оптоволокне, такой воздушных канал оказывается лучше.
Результаты исследований австрийских ученых могут быть полезны для разработки методов быстрых и, в то же время, защищенных квантовых коммуникаций на дальние расстояния.
