Ученые Тель-Авивского университета (TAU) построили в Израиле первую наземную станцию — одну из самых передовых в мире — для отслеживания и обнаружения гиперспектральных изображений, а также оптической и квантовой связи со спутниками на орбите вокруг Земли, пишет журналистка «The Jerusalem Post» Джуди Зигель-Ицкович.

Станция включает в себя купол спутниковой обсерватории диаметром 4,25 метра, систему слежения, первичную высокоскоростную камеру и вторичные камеры слежения, лазерное оборудование, однофотонные детекторы и робота слежения, который может нести два телескопа одновременно. На данном этапе есть один 61-сантиметровый телескоп, а на следующем этапе обсерватория будет оснащена еще одним телескопом, предназначенным для фотосъемки в инфракрасном диапазоне, а также тепловизионными и гиперспектральными камерами.

«Наземная станция предназначена для наблюдения за спутниками, представляющими собой небольшие тела на высоте от 400 до 500 километров. которые движутся со скоростью около 30000 километров в час», — рассказал глава Центра квантовой науки и технологий TAU профессор Ярон Оз. «Возможность отслеживать спутники — очень точный навык. Спутник проходит очень быстро, и за это время вы должны сфотографировать его в центре изображения и в нескольких разных диапазонах электромагнитного спектра, чтобы узнать о нем подробности».

Помимо обычной оптической связи, в которой используются лазеры или светодиоды с разной длиной волны, новая наземная станция также позволит проводить эксперименты по квантовой оптической связи. Усовершенствованные средства связи используют квантовые свойства отдельных фотонов для передачи зашифрованной информации. «Теоретически квантовая связь полностью зашифрована», — заявил Оз. «Невозможно запустить кибератаку и скопировать информацию, потому что в квантовой механике есть принцип, запрещающий копирование. Как только третья сторона пытается перехватить сообщение, она уничтожает первоначальный сигнал, например, изменяя поляризацию фотонов, и обе общающиеся стороны будут знать, что их кто-то пытался подслушать. Вот как это работает в теории. На практике есть немало исследовательских вопросов, на которые необходимо ответить».

Например, заметил он, «что делать с помехами в сигнале, которые создаются не в результате попытки прослушивания, а, например, от погоды? Должны ли мы использовать кубиты (квантовые биты, аналог в квантовых вычислениях двоичной цифре или биту классических вычислений) или кудиты (фотоны, имеющие более двух состояний)? И вообще, сколько информации можно передать таким образом за ограниченное время передачи, в течение которого спутник проходит над наземной станцией?» Список вопросов без ответов длинный. Квантовая связь — полностью экспериментальная область. Есть протоколы экспериментов, проведенных в лабораториях, но единственная страна, которая успешно продемонстрировала такую связь, — это Китай, который сделал это в 2016 году.

Американцам это, видимо, тоже удалось, но они ничего об этом не публиковали в научных журналах. Помимо этих двух сверхдержав, подобную способность готовятся продемонстрировать, несколько стран, в том числе Германия, Сингапур, а теперь и Израиль. На первом этапе проекта исследователи TAU попытаются установить оптическую связь, а затем квантовую связь между наземными станциями, между наземными станциями и дронами, а затем между наземными станциями и спутником одного из их международных партнеров. В течение двух-трех лет исследователи надеются собрать средства для создания специального «сине-белого» квантового спутника.

«Мы используем метод «башни и частокола», — рассказал Оз. «Вначале мы разместим передатчик на крыше второго корпуса физического факультета, чтобы попытаться создать иммунный квантовый ключ со скоростью от сотен до тысяч бит в секунду, с целью изучения и улучшения возможности позиционирования, переключения и синхронизации источников света и однофотонных детекторов. Позже мы хотели бы уменьшить размер системы передачи и интегрировать ее в бортовую систему, сначала с дронами, и создать сеть квантовых коммуникаций. В конечном счете, мы также хотели бы запустить собственный спутник, который попытается установить квантовую связь с наземной станцией и с аналогичным спутником в Сингапуре».