Квантовый чип впервые заработал в космосе, но без проблем не обошлось

Все могло быть хуже, но теперь ученые хотя бы знают, что надо поправить.

Физики впервые запустили квантовый чип прямо в космосе. Устройство работало на спутнике на низкой околоземной орбите и смогло продемонстрировать квантовую интерференцию после запуска ракеты, воздействия радиации и других факторов, присущих земной орбите.

Квантовый чип использует для передачи информации фотоны: пары частиц проходят через программируемую сеть оптических каналов внутри стеклянного чипа. Для выполнения квантовых операций фотоны должны быть практически неотличимы друг от друга по времени прибытия, поляризации и длине волны, даже небольшие различия нарушают интерференцию и мешают вычислениям.

Перед запуском авторам проекта пришлось усилить наиболее хрупкие элементы чипа. Оптические компоненты установили на титановые основания, волокна зафиксировали эпоксидным составом; во время наземных испытаний систему подвергали вибрационным и ударным нагрузкам, достигавшим 1500 g.

Квантовый чип вывели на орбиту высотой около 510 километров при помощи Falcon 9. Без проблем в космосе не обошлось: из 6 однофотонных детекторов SPAD пригодными для работы оказались только 3.

Кроме того, солнечный свет создавал настолько сильный фоновый сигнал, что проводить наиболее точные измерения удавалось в основном во время прохождения спутника через тень Земли. Дополнительный ущерб оборудованию наносила радиация: несмотря на алюминиевый экран толщиной 1 сантиметр, через 52 дня у детекторов заметно выросло число ложных срабатываний.

Параллельно снижалась мощность лазера. Причиной оказался клей внутри устройства: в вакууме он выделял вещества, оседавшие на оптических элементах. Еще во время наземных тестов мощность лазера из-за загрязнения падала примерно с 20 до 4 милливатт за неделю.

Несмотря на деградацию оборудования, ученым удалось зарегистрировать характерный признак квантовой интерференции двух фотонов. Результат удалось независимо повторить в разные дни.

Полученные данные должны помочь с адаптацией квантовых чипов для работы в космическом пространстве. В перспективе такие чипы смогут дополнить квантовые линии связи между спутниками и наземными станциями и стать частью распределенной квантовой инфраструктуры.