Современное общество буквально функционирует по часам спутников. Мобильная связь, банковские переводы, работа самолетов, судов и служб экстренного реагирования требуют сверхточных временных сигналов, которые обеспечивают навигационные спутники с атомными часами на борту.
Данная система называется GNSS и включает в себя GPS и иные глобальные навигационные сети. Однако такая зависимость имеет уязвимость: если сигнал спутника намеренно подавить или заменить, могут выйти из строя критически важные системы. В зонах конфликта помехи и подделка GNSS-сигналов уже стали реальностью и используются как элемент радиоэлектронной борьбы. Утрата навигации и синхронизации военных и гражданских систем на земле, в воздухе, на море и в космосе может привести к серьезным последствиям.
Для создания более устойчивой и защищенной «опоры по времени» исследователи CSIRO в рамках проекта Минобороны Австралии разработали необычное устройство — переносимый квантовый источник света, который генерирует поток так называемых запутанных фотонов. Эти «квантовые близнецы» открывают перспективы для защищенной синхронизации часов между Землей и спутниками.
Устройство, получившее название CSIRO Quantum Light Source, выглядит как неприметный ящик из металла и пластика. Внутри скрыт рабочий модуль — «мозг» системы, где создаются пары фотонов. Их пропускают через простой стеклянный куб, в котором за счет нелинейного оптического эффекта пары частиц, движущихся в противоположные стороны, переходят в состояние квантовой запутанности.
Суть запутанности заключается в том, что состояние двух фотонов жестко связано: изменение одного мгновенно отражается на другом, даже если они разделены сотнями и даже тысячами километров. Один фотон можно оставить на Земле, а его «партнера» отправить на спутник. Несмотря на расстояние, пара остается связанной, и это можно использовать для точной и одновременно защищенной передачи временных меток.
Квантовая запутанность очень чувствительна к любым вмешательствам. Попытка перехватить или подменить сигнал изменяет квантовое состояние, и это сразу заметно при измерениях. Поэтому, если злоумышленник попытается «подсунуть» ложный сигнал синхронизации, система сразу фиксирует нарушение и может переключиться на другой канал. Такой подход называется распределением запутанности, и благодаря этому такой канал связи по сути невозможно взломать в классическом понимании.
