Впервые в истории квантовый компьютер заработал на борту спутника. Компактный фотонный процессор, созданный командой физиков под руководством Филиппа Вальтера из Венского университета, отправился на низкую околоземную орбиту 23 июня 2025 года на ракете SpaceX Falcon 9. Несмотря на то что после запуска половина из шести детекторов вышла из строя, за первые восемь месяцев система успешно создавала, изменяла и обнаруживала пары фотонов, выполняя запрограммированные операции. Учёные зафиксировали квантовую интерференцию двух фотонов в условиях космоса. В будущем подобные системы смогут обрабатывать данные прямо на спутниках, решая проблему ограничений каналов связи.

Конструкция и подготовка к запуску

Система включала источник пар фотонов, стеклянный чип с интегрированной схемой на шесть режимов, детекторы одиночных фотонов и управляющую электронику. Всю аппаратуру пришлось уменьшить до размеров небольшой спутниковой полезной нагрузки и подготовить к запуску на ракете Falcon 9. На борту находились шесть кремниевых детекторов одиночных фотонов, необходимых для регистрации света, выходящего из квантовой схемы.

Особенно хрупкие детали закрепили на прочных титановых основаниях, а оптические волокна зафиксировали эпоксидным составом. Исследователи заранее окружили оборудование сантиметровым слоем авиационного алюминия. На одной из резонансных частот требуемая ударная нагрузка достигала примерно 1500 ускорений свободного падения.

Для эксперимента использовали коммерческий лазер, доработанный для работы в условиях космоса. Во время наземных испытаний из-за загрязнения мощность лазера всего за неделю падала примерно с 20 до 4 милливатт. На Земле учёные уже установили, что оптимальная температура должна находиться примерно возле 32,5 градуса Цельсия.

Запуск и работа на орбите

23 июня 2025 года устройство отправилось на низкую околоземную орбиту высотой около 510 километров на ракете Falcon 9. Спутник движется вокруг Земли со скоростью около 28 тысяч километров в час.

После запуска половина из шести детекторов перестала работать, поэтому учёным пришлось использовать только три. Примерно каждые 92 минуты спутник оказывался на ночной стороне планеты, и уровень помех резко снижался, что давало исследователям около 30 минут за один оборот для наиболее чувствительных измерений. Через 52 дня работы детекторы начали заметно деградировать; учёным удалось частично компенсировать проблему изменением напряжения питания.

Несмотря на это, за первые восемь месяцев система успешно создавала, изменяла и обнаруживала пары фотонов, выполняя запрограммированные операции. Учёные также зафиксировали квантовую интерференцию двух фотонов в условиях космоса. Измеренная выраженность эффекта составила 0,908, что выше классического предела 0,5; при этом неопределённость измерений оставалась достаточно большой, и превышение порога соответствовало 2,14 стандартного отклонения. Эффект удалось независимо получить в два разных дня; а когда процессор специально перенастроили так, чтобы интерференция возникать не должна была, характерный провал исчез.

Перспективы

Сегодня спутники отправляют необработанные данные на Землю, но ограничения каналов связи могут замедлять этот процесс. Обработка информации на орбите могла бы решить эту проблему. В дальнейшем исследователи хотят создавать более устойчивые устройства, способные прямо на спутниках классифицировать и сжимать собранную информацию, чтобы на Землю передавался уже результат обработки, а не огромный поток необработанных данных.

Авторы рассматривают такие орбитальные процессоры как возможное дополнение к уже существующим квантовым каналам связи между спутниками и Землёй. В перспективе вычислительные узлы и линии связи могли бы образовать распределённую квантовую сеть с глобальным покрытием. Пока это только первый этап.