Этот эксперимент проводился с использованием двух нисходящих линий связи спутник-земля общей протяженностью от 1600 до 2400 км. Полученная эффективность связи на порядки выше, чем при прямой двунаправленной передаче двух фотонов по телекоммуникационным волокнам.
Ученые, занимающиеся квантовой коммуникацией, имеют фундаментальный интерес к распределению запутанных частиц на все более длинные расстояния и изучению поведения запутанности в экстремальных условиях. До сих пор распределение запутанности было достигнуто только на расстоянии до ~ 100 км из-за потерь фотонов в оптических волокнах или в земном свободном пространстве.
Один из способов улучшить распределение — это протокол квантовых повторителей, практическая полезность которого, однако, ограничивается проблемами одновременной реализации и интеграции всех ключевых возможностей.Другой подход использует спутниковые и космические технологии, поскольку спутник может удобно покрывать два удаленных места на Земле. Основное преимущество этого подхода состоит в том, что большая часть пути прохождения фотонов проходит почти в вакууме с почти нулевым поглощением и декогерентностью.
Чтобы доказать осуществимость спутниковых и космических исследований распределения, были проведены наземные исследования, которые продемонстрировали двунаправленное распределение запутанных пар фотонов через двухзвенный наземный канал в свободном пространстве на расстояниях 600 м, 13 км и 102. км с эффективными потерями в канале ~ 80 дБ. Также были протестированы квантовые коммуникации на движущихся платформах в условиях высоких потерь и в турбулентных условиях.После этих технико-экономических обоснований 16 августа 2016 года из Цзюцюань, Китай, был разработан и запущен спутник квантового научного эксперимента Micius с миссией распределения запутанности. С Micius сотрудничают три наземные станции (Делинха в Цинхае; Наньшань в Урумчи, Синьцзян; и обсерватория Гаомейгу в Лицзяне, Юньнань).
Расстояние между Делингха и Лицзян (Наньшань) составляет 1203 км. Расстояние между орбитальным спутником и этими наземными станциями колеблется в пределах 500-2000 км.
В связи с тем, что запутанные фотоны не могут быть усилены как классические сигналы, необходимо разработать новые методы для уменьшения затухания в канале связи в распределении запутанности спутник-земля. Чтобы оптимизировать эффективность связи, ученые объединили узкую расходимость луча с широкополосной и высокоточной техникой сбора, наведения и отслеживания (APT).
Разработав сверхъяркий космический двухфотонный источник запутанности и высокоточную технологию APT, команда установила запутанность между двумя одиночными фотонами, разделенными на 1203 км, со средней скоростью счета двух фотонов 1,1 Гц и точностью определения состояния 0,869. ± 0,085. Используя распределенные запутанные фотоны, ученые выполнили тест Белла при пространственном разделении и без лазеек для локальности и свободы выбора.По сравнению с предыдущими методами распределения перепутывания путем прямой передачи того же двухфотонного источника — с использованием наилучшей производительности и наиболее распространенных коммерческих телекоммуникационных волокон, соответственно — эффективная эффективность канала спутникового подхода составляет 12 и 17 порядков. выше соответственно.
Распределенные запутанные фотоны легко использовать для квантового распределения ключей на основе запутывания, которое пока является единственным способом установить безопасные ключи между двумя удаленными точками на Земле, не полагаясь на надежную ретранслятор. Еще одно непосредственное применение — использование распределенной запутанности для выполнения варианта протокола квантовой телепортации для удаленной подготовки и управления квантовыми состояниями.
Эта спутниковая технология открывает блестящие перспективы как для практических квантовых коммуникаций, так и для фундаментальных экспериментов в квантовой оптике на расстояниях, ранее недоступных на Земле.