Спутниковую навигацию можно сделать квантовой

8 января 2019
42

Ученые использовали российские спутники системы ГЛОНАСС для проверки теоретической возможности использования квантового шифрования для передачи информации в рамках глобальных навигационных спутниковых систем. В результате авторам удалось подтвердить реализуемость данной идеи. Результаты опубликованы в журнале Quantum Science and Technology.

Глобальные навигационные спутниковые системы, такие как российский ГЛОНАСС, американский GPS, европейский Galileo и китайский Бэйдоу, позволяют определять местоположения объектов с высокой точностью благодаря обмену сигналами о точном времени с несколькими аппаратами на орбите Земли. Различные системы немного отличаются в деталях реализации, но их спутники находятся на высоких орбитах от 19 до 36 тысяч километров над поверхностью. Эта технология работает при помощи передачи электромагнитного сигнала на частоте около 1 гигагерца, что позволяет третьим лицам вмешиваться в его передачу и перехватывать информацию, что является проблемой, так как данные системы стали основой многих экономических и военных разработок. В новой работе под руководством Паоло Виллорези из Падуанского университета (Италия) впервые было продемонстрировано передача отдельных фотонов на рекордное расстояние в 20 тысяч километров между спутником и наземной станцией. Это достижение доказывает, что квантовая коммуникация и применение соответствующих абсолютно устойчивых методов шифрования возможна в случае спутниковой навигации на глобальном масштабе. Ранее подобное было показано только для спутников на намного более близких к Земле орбитах, а достигнутое ранее расстояние не превышало 7,5 тысяч километров.

В работе физики использовали спутники российской системы ГЛОНАСС, снаружи которых установлены катафоты. Эксперимент состоял в отправке серии коротких лазерных импульсов к двум спутникам и последующей регистрации отраженного сигнала однофотонным детектором. В результате авторы смогли оценить потери и искажения, возникающие при прохождении атмосферы. Они оказались достаточно мало, так что с использованием современных технологий уже возможно создание спутниковой навигации, передающей сигнал с использованием квантового распределения ключей на основе отдельных фотонов для создания защищенного канала связи. Следующим этапом проверки должны стать исследования с применением активных источников таких фотонов на борту спутников.