Китайские исследователи разработали систему прямой квантовой связи

Пекин, 24 февраля /Синьхуа/ -- Команда китайских ученых совершила прорыв, предложив новаторскую теорию однонаправленной квантовой прямой связи и воплотив ее в действующую систему, переведя квантовую прямую связь из разряда теоретических изысканий в сферу практического применения.

В исследовании, статья о результатах которого была опубликована в престижном журнале Science Advances, ученые из Пекинской академии квантовых информационных наук, Университета Цинхуа и Северо-Китайского технологического университета зафиксировали новый рекорд в оптоволоконной связи, достигнув дальности передачи в 104,8 км. Они обеспечили бесперебойную передачу данных со скоростью 2,38 килобита в секунду на протяжении 168 часов.

Концепция квантовой прямой связи, предложенная ранее командой под руководством Лун Гуйлу из Университета Цинхуа, одного из авторов исследования, строится на использовании квантовых состояний. Эта технология гарантирует безопасность связи благодаря своим уникальным свойствам, таким как обнаружение и предотвращение перехвата данных, совместимость с существующими сетями, упрощенные процессы управления и возможность скрытой передачи.

Главный вызов в этой области - обеспечение безопасной и надежной связи с использованием квантовых состояний предельно низкой энергии. Эти состояния крайне уязвимы для помех в квантовых каналах, характеризующихся высоким уровнем шума, значительными потерями и риском перехвата данных.

Предыдущие исследования в этом направлении опирались на двунаправленные протоколы, требующие двусторонней передачи квантовых состояний. Это приводило к существенным системным потерям и серьезно ограничивало возможности повышения производительности связи.

"В 2022 году мы установили мировой рекорд по квантовой прямой связи на расстоянии свыше 100 километров, но скорость передачи составляла всего 0,5 бита в секунду, что позволяло передавать лишь крайне короткие сообщения, состоящие лишь из нескольких слов", - поделился Лун Гуйлу.

Он пояснил, что однонаправленная передача данных вдвое сокращает расстояние, которое должно пройти квантовое состояние, значительно снижая потери и открывая путь к повышению эффективности квантовой прямой связи.

Исследователи разработали передовое канальное кодирование, устойчивое к шумам и потерям, и другие ключевые технологии, воплотив теоретический метод однонаправленной квантовой прямой связи в реальность. Они успешно решили технические проблемы и создали полноценный коммуникационный терминал прикладного типа.

Новая система демонстрирует впечатляющий скачок производительности: скорость передачи данных увеличилась в 4 760 раз по сравнению с системой, разработанной в 2022 году, что знаменует собой значительный прогресс в области квантовой прямой связи.

По словам Лун Гуйлу, системы квантовой прямой связи найдут широкое применение в сферах, предъявляющих высочайшие требования к информационной безопасности, таких как государственное управление и финансы.

Ученый пояснил, что существует два основных типа квантовой защищенной связи. Первый - квантовое распределение ключей, использующее квантовые состояния для генерации ключей, необходимых для шифрования информации, передаваемой по классическим каналам связи. Его преимуществом является высокая скорость передачи.

Второй - квантовая прямая связь, передающая непосредственно саму информацию с использованием квантовых состояний. В случае перехвата квантовые состояния самоуничтожаются, обеспечивая тем самым абсолютную безопасность передаваемой информации.