Ради эксперимента команда спроектировала первую и пока единственную в стране станцию для спутниковой квантовой связи. Она работает на базе телескопа в Звенигородской обсерватории Института астрономии Российской академии наук. Станция позволяет проводить стабильные сеансы связи со спутником, декодировать отправляемые космическим аппаратом поляризационные состояния одиночных фотонов.
С наземной станции в Звенигороде ученые отправляли и получали друг другу одиночные фотоны, в состояниях которых были закодированы изображения размером 256 × 64 пикселей. Принимающая сторона — такая же станция в Наньшане. Российские ученые закодировали цитату философа Мо-Цзы: «Разум — это понимание сущности вещей». Из Китая пришло определение оператора плотности смешанного квантового состояния.
Авторы проекта утверждают, что распределение квантовых ключей через спутник эффективнее, чем по оптоволокну (сейчас по всему миру активно строятся оптоволоконные квантовые магистрали, в России в том числе). В случае с оптоволоконным каналом поток частиц света теряет свою энергию, поглощаясь в оптоволокне, после пары сотен километров сигнал становится слабым, его невозможно отличить от шума. Ученые утверждают, что сигнал нельзя бесшумно усилить. При передаче ключей через спутник в открытом космическом пространстве ничто не может существенно поглотить или рассеять свет, поэтому сигнал не слабеет. Плюс оптоволоконная инфраструктура требует установки промежуточных доверенных узлов, чтобы поддерживать сигнал, по которому передаются фотоны. Со спутником такие узлы не нужны.
Будущее квантовой криптографии связано с появлением мощного квантового компьютера. Он сможет быстро взломать алгоритмы, которые сейчас шифруют данные при покупках в интернете, к примеру, не говоря уже о мессенджерах. Бездействие приведет к коллапсу системы передачи информации. Традиционная криптография опирается на математику, а квантовая — на законы физики. А они не позволяют измерить состояние фотона, не изменив его. Это дает возможность передавать криптографические ключи. Если состояние фотона поменяется, то отправитель и получатель узнают о попытке взлома. Так говорят многие ученые, это идеальная модель. Но на практике, например, устройства для приема одиночных фотонов могут работать по-разному, и это открывает возможности для атаки. Российские ученые сообщили, что эксперимент помог устранить эту лазейку.
Квантовые каналы на оптоволокне уже созданы между Москвой и Санкт-Петербургом, планируется до конца года запустить участки магистральной квантовой сети между Москвой, Воронежем и Ростовом-на-Дону, между Нижним Новгородом и Арзамасом, а также Казанью. Проект ведет РЖД. В Китае функционирует квантовая сеть протяженностью 4600 км, которой пользуются банки и компании.
Задел для спутников тоже есть. Этим летом с космодрома «Восточный» был запущен прототип квантового спутника — малый космический аппарат «Импульс-1». Он разработан МИСИС и «КуСпэйс Технологии». Прототип позволяет тестировать передачу информации по лазерному каналу связи.