Запутанный свет прорвал атмосферу. Учёные отправили квантовый сигнал на орбиту, открыв путь к неуязвимому интернету

Учёные из Технологического университета Сиднея показали, что квантовые сигналы можно передавать не только из космоса на Землю, как считалось раньше, но и в обратном направлении — с Земли на орбиту. Этот результат открывает путь к созданию более гибких квантовых сетей связи и, в перспективе, к глобальному квантовому интернету.

До сих пор эксперименты ограничивались схемой, называемой downlink, когда спутник генерирует пары запутанных фотонов и отправляет каждый из них в разные наземные станции. Такая система лежит в основе квантового шифрования: она позволяет создавать ключи безопасности, которые невозможно перехватить или подделать. Самым известным примером стала китайская миссия «Мо-цзы» (Micius), запущенная в 2016 году. Именно она доказала возможность передачи квантовых ключей между континентами. В 2025 году проект Jinan-1 установил новый рекорд, создав 12 900-километровое соединение между Китаем и Южной Африкой.

Команда профессора Александра Солнцева из UTS решила проверить, можно ли инвертировать направление передачи — то есть посылать фотоны вверх, к спутнику. Ранее предполагалось, что это невозможно: сигнал ослабляется из-за атмосферного рассеяния, фона земного света и движения аппарата. Однако расчёты, выполненные группой профессора Дэвита, показали, что при правильной калибровке всё реализуемо.

Учёные смоделировали ситуацию, при которой два одиночных фотона выпускаются с разных наземных станций и встречаются на спутнике, движущемся на высоте 500 километров со скоростью около 20 000 км/ч. При идеальном совпадении траекторий они вступают в квантовую интерференцию, создавая общий запутанный сигнал. В модель были включены реальные источники ошибок — отражения от Луны, атмосферные колебания, паразитный свет и возможные смещения оптики, — однако даже с ними uplink устроить можно.

Такой подход упрощает архитектуру будущих квантовых сетей. Спутники смогут работать без громоздких генераторов запутанных частиц, получая фотоны с Земли и лишь фиксируя их параметры. Это делает аппараты легче, дешевле и удобнее для массового развёртывания на низких орбитах.

Учёные отмечают, что полноценный квантовый интернет будет отличаться от существующих криптографических систем. Для него нужно гораздо больше фотонов, чтобы связывать между собой квантовые компьютеры и обеспечивать высокую пропускную способность. Новый принцип передачи способен обеспечить этот объём, открывая возможность объединения вычислительных центров и сетей безопасности в разных странах.

Исследователи надеятся, что в будущем квантовая запутанность станет такой же привычной технологической основой, как электричество, — невидимой, но обеспечивающей работу глобальных коммуникаций. И если сейчас спутники передают фотоны вниз, то следующий шаг — научить их принимать свет, идущий от самой Земли.