Квантовая криптография вышла в космос

Группа ученых из Италии и Австрии опубликовала работу Experimental verification of the feasibility of a quantum channel between Space and Earth, в которой представила результаты первого в мире успешного эксперимента по устойчивой передаче и идентификации однофотонных импульсов между Землей и спутником на высокой орбите.

Тем самым показана возможность защиты средствами квантовой криптографии каналов спутниковой связи, телеметрической и разведывательной информации, передаваемой даже находящимися на высоких орбитах спутниками.

Исследовательская группа под руководством Антона Зелингер (Anton Zeilinger) и Цезаре Барбьери (Cesare Barbieri) для проведения эксперимента использовала стандартное оборудование лазерной станции Matera Итальянского космического агентства, и геодезический спутник Ajisai японского космического агентства JAXA с перигеем 1485 км.

Ajisai предназначен для прецизионного изучения изменения параметров его орбиты со временем и представляет собой покрытую уголковыми отражателями (катафотами) сферу. Мониторинг орбиты спутника осуществляется методами лазерной локации с помощью телескопа станции Matera апертурой полтора метра.

Использовались лазерные импульсы длиной 532 нм, продолжительностью импульса 700 пикосекунд, мощностью 490 нанджоулей и частотой повторения 17 кГц. Регистрация отраженных спутником сигналов осуществлялась при помощи лавинного фотодиода, оснащенного узкополосным фильтром.

Основное препятствие представляли атмосферные искажения, приводящие к искажению волнового фронта, поглощение в атмосфере, нестабильность монтировки наземного лазерного локатора вследствие сейсмических колебаний. Лазерный импульс проходил на пути к спутнику и обратно в атмосфере расстояние, эквивалентное дистанции 8 км на уровне моря.

Помимо спутника Ajisai, аналогичные эксперименты были проведены также с геодезическими спутниками Lageos II (перигей 5625 км), Topex-Poseidon (1350 км) и Beacon-C (927 км), также оснащенными уголковыми отражателями, однако с менее впечатляющими результатами.

Эксперимент показал возможность осуществления закрытой передачи данных со спутника и на спутник уже сейчас с использованием уже существующих средств лазерной спутниковой связи. Ранее была продемонстрирована возможность организации канала прямой лазерной связи между спутником и летящим самолетом.