Срок службы квантовых спутников связи предложили продлить за счет прогрева их датчиков

ТАСС, 28 сентября. Физики обнаружили, что сроки службы квантовых спутников связи можно увеличить в десятки раз. Для этого нужно периодически нагревать детекторы фотонов на этих спутниках, чтобы "залечивать" дефекты, которые возникают в их кремниевой основе под действием космических лучей. Результаты исследования опубликовал научный журнал EPJ Quantum Technology, кратко об этом пишет пресс-служба НИТУ "МИСиС".

"Мы не знаем точно, что там происходит внутри, но результаты опытов показали, что во время нагревания дефекты частично "залечиваются". Таким образом, количество паразитных шумов в детекторе уменьшается до приемлемого уровня", – отметил один из авторов исследования, профессор НИТУ "МИСиС" Вадим Макаров.

Одна из главных проблем в работе современных систем квантовой связи заключается в том, что при движении через оптоволокно свет постепенно угасает. Поэтому при использовании наземных систем передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей не превышает нескольких сотен километров.

Повысить дальность передачи квантовой информации можно, обмениваясь данными не через наземные оптоволоконные кабели, а через спутники связи. В частности, еще в сентябре 2016 года китайские ученые запустили подобный аппарат, орбитальный зонд "Мо-Цзы", и успешно использовали его для проведения первых "межконтинентальных" сессий передачи квантовой информации.

Одной из главных проблем с квантовыми спутниками связи служит их недолговечность. Это связано, в частности, с тем, что качество работы датчиков одиночных фотонов, которые используются на таких спутниках, постепенно снижается. Это происходит из-за дефектов, причиной возникновения которых становятся космические лучи.

Макаров и его коллеги из России, Канады и Китая нашли решение этой проблемы. Они проследили, как меняется структура кремния, если его "бомбардировать" частицами высоких энергий, а затем нагревать. Ученые предположили, что прогрев детекторов поможет справиться со значительной частью дефектов, порождаемых космическими лучами.

Руководствуясь подобными предположениями, Макаров и его коллеги разработали две разных стратегии по нагреву датчиков квантовых спутников связи. В рамках первой из них ученые просто периодически прогревали их кремниевую основу с –80 до +80 °С, а во втором случае они делали это только в том случае, когда число дефектов достигало определенного порога.

Последующие наблюдения показали, что и та, и другая стратегии борьбы с шумами позволяет в десятки раз продлить время жизни детекторов одиночных фотонов. Это заметно увеличит сроки работы космических узлов квантовых сетей связи и снизит расходы на их эксплуатацию. Все эти идеи, как надеются исследователи, будут учтены при разработке квантового микроспутника связи QEYSSat, который Канада планирует вывести на орбиту в 2023 году.