Піонер квантового космосу: мусимо дослідити невідоме

Селеста Бівер

Уже понад півстоліття науковців непокоїть феномен заплутаних квантових станів. Він полягає в особливому зв'язку квантових частинок, коли зміна параметрів однієї з них автоматично провадить до зміни параметрів іншої, хай навіть їх розділяє величезна відстань. А. Айнштайн, виходячи з того, що це явище порушує основний постулат його теорії відносності, згідно з яким ніщо не може рухатись швидше за світло, відкидав його і називав «моторошною дією на відстані» (spooky action at a distance). Утім наука нагромадила безліч підтверджень, що «моторошна дія на відстані» таки існує. І тепер її властивості намагаються пристосувати для зовсім нового типу комунікації, згідно з яким інформацію можна буде передавати не те що блискавично, а взагалі без витрат часу. Як не дивно, піонером у цій перспективній сфері досліджень виступили не США, де концентрується основна маса передових розробок, а Китай. Саме Піднебесна вже цього року планує запустити перший у світі супутник, який протестує можливість передання даних за принципом заплутаних квантових станів. Журналіст Nature поспілкувалася з головним науковцем цього проекту Пан Цзяньвеєм.

Пан Цзяньвей

- Як ідуть підготування до запуску супутника?

- У нас є два відчуття. «Все гаразд», — каже одне. Але часом виникає й інше відчуття. «Можливо, щось йде не так. Може, проект зазнає аварії або не спрацює», — нашіптує воно. Але зазвичай переважає перше відчуття, і ми впевнено й з ентузіазмом робимо свою справу.

- З якими технічними викликами вам доводиться мати справу?

- Супутник рухатиметься з дуже великою швидкістю. Один оберт навколо Землі він здійснюватиме за 90 хвилин. Ми очікуємо виникнення турбулентності та інших проблем, які можуть вплинути на промінь фотонів. Крім того, особливі трудноші пов'язані з нейтралізацією світлового забруднення з боку Сонця, Місяця та великих міст, яке може заглушити наш фотонний промінь.

- Яка мета супутника?

- Його завдання — встановити, чи зможемо ми передавати квантові дані, зашифровані методом т. зв. «квантового ключа», між наземною станцією у Пекіні та супутником й лабораторією у Відні. Крім того, ми намагатимемось протестувати феномен заплутаних квантових станів між містами Ліцзян та Делінха (Тибет), відстань між якими 1 200 км. У попередніх наземних випробуваннях його не перевіряли на дистанції, що перевищує 100 км. Якщо ці кроки будуть успішними, то ми спробуємо встановити квантово-комунікаційний канал між Пекіном та Віднем, використовуючи супутник як релейний передавач.

- Чи є сумніви щодо того, що явище заплутаних квантових станів діє незалежно від відстані?

- Згідно з теорією, квантова заплутаність має існувати на будь-якій відстані. Але усе-таки ми хочемо емпірично протестувати фізичний ліміт. Крім того, люди часто запитують, чи є якийсь кордон між класичним та квантовим світом. Ми сподіваємось, що зможемо збудувати макроскопічну систему, у межах якої можна буде продемонструвати дію квантових явищ. У нас також є плани в майбутньому створити квантово-комунікаційний канал між Землею і Місяцем, використавши для цього китайську місячну програму «Чан'е».

- Квантовий супутник є космічною місією, що має передусім теоретичне значеня. Те саме можна сказати і про зонд DAMPE (Dark Matter Particle Explorer, «Дослідник часток темної матерії»). Супутники базових досліджень — це новий тренд в Китаї?

- Саме так. Я і мої колеґи з АН КНР підштовхнули цей напрямок. Раніше в Китаї тільки дві організації могли запускати супутники — армія і Міністерство промисловості та інформаційних технологій, а ці запуски мали здебільшого прикладний характер. Науковці поки що не мали змоги запустити супутник суто для наукових потреб. Був тільки один виняток — зонд Double Star, запущений у співпраці з Європейським космічним аґентством у 2003 р. для вивчення магнітних бур. Нам довелося важко попрацювати, щоб переконати владу у важливоті запуску супутників для наукових потреб. На щастя, у 2011 р. уряд затвердив Стратегічну програму космічної науки, частиною якої став зонд DAMPE та наш квантово-комунікаційний супутник. На мою думку, Китай має використовувати космічну галузь не лише для підняття свого міжнародного престижу, адже місячні програми і пілотовані космічні польоти були і в інших країн в минулому, але такаж для того, щоб відкрити щось нове, незнане.