«Когда мы будем говорить уже о практическом применении данных свойств, все это в итоге сожмется до чипа примерно вот такого небольшого размера», — показывает научный сотрудник Российского квантового центра Александр Уланов.
Экспериментальную установку Александр Уланов называет громоздкой — хотя этот лабиринт из линз и зеркал соответствует 65 километрам оптоволоконной линии. Ученые Российского квантового центра решили одну из самых сложных проблем последних десятилетий — возможность передачи информации, защищенной от перехвата, на большие расстояния. С помощью квантов — частиц, которые подчиняются особым, волновым законам микромира.

Смысл любого несанкционированного доступа к данным — не просто получить информацию, а получить ее так, чтобы никто не догадался. Если передавать сообщения с помощью квантовых характеристик, попытки посторонних сунуть нос не в свое дело станут явными. Кванты меняют свои свойства, стоит кому-то попытаться просто их измерить.

Это работает так: в свойствах фотона — кванта электромагнитного поля — кодируют информацию и направляют поток одиночных фотонов адресату. Злоумышленник пытается измерить фотон, он меняется, и адресат сразу это понимает, потому что не может прочитать сообщение — ключ не подходит. И тут же принимает меры.

Передавать одиночные кванты научились только на очень короткие расстояния — максимум до 100 километров. Из-за помех и оптических потерь в линиях связи часть фотонов исчезает по дороге и информация — уже не важно, перехваченная или нет — до получателя просто не доходит. То есть, из Москвы сообщение из одиночных фотонов можно передать максимум в Дубну. А вот до Санкт-Петербурга дойдет один фотон из миллиарда.

В Российском квантовом центре доказали: передавать информацию на большие расстояния возможно. Для этого нужно посылать не один фотон, а пару, связанную так называемой квантовой запутанностью, из нескольких точек между отправителем и адресатом. Если с одного такого фотона считывают информацию, на изменение тут же отреагирует другой. А еще такие пары могут проходить гораздо большие расстояния.

«Если же мы будем использовать запутанные пары, мы можем разбить это большое расстояние на несколько меньших промежутков и дальше уже из центральных точек посылать запутанные пары. Таким образом, мы это расстояние сильно уменьшаем, и нам нужно будет просто дальше производить некоторые манипуляции в промежуточных точках, и таким образом мы сможем передать эту информацию», — говорит Александр Уланов.

Эти манипуляции — поддержание запутанности между фотонами, которая тоже страдает от помех. Для этого ее периодически нужно поддерживать с помощью дополнительного фотона со специально подобранными свойствами. Явление квантового катализа, когда один фотон поддерживает квантовые свойства другого, руководитель группы квантовой оптики Александр Львовский открыл еще в 2002 году.

«Была возможность восстановить запутанность только после потерь в два раза. А для сравнения, в реальных коммуникационных линиях — потери в 10 или даже в 100 раз. Мы же показали, что мы можем восстановить это пресловутую запутанность после любых, неважно насколько больших потерь», — продолжает Александр Уланов.

«Мы показали, что в наших лабораторных условиях, именно в России, проведен сам эксперимент, получены данные, обработаны. Это значит, что у нас есть сегодня компетенции по развитию именно технологической части в будущем. И в этом смысле, конечно же, мы в гонке. Мы находимся в гонке, мы не наблюдаем со стороны», — рассказывает директор Российского квантового центра Руслан Юнусов.

В Российском квантовом центре уже ведется разработка повторителя квантовой запутанности, который сохранит ее при усилении сигнала. Предсерийный образец для работы на 100-километровой линии связи планируют создать в течение полутора лет. По словам ученых, создание прибора для работы на линиях связи более тысячи километров — вопрос десятилетия.