Čínsky satelit rozdelil dvojice „zapletených fotónov“ a preniesol ich do samostatných pozemných staníc od seba vzdialených 745 míľ (1200 kilometrov), čím rozbil predchádzajúci záznam vzdialenosti na takýto výkon a otvoril nové možnosti v kvantovej komunikácii.
V kvantovej fyzike, keď častice navzájom reagujú určitými spôsobmi, stávajú sa „zamotanými“. To v podstate znamená, že zostanú v spojení, aj keď sú od seba vzdialené veľké vzdialenosti, takže činnosť vykonaná na jednej má vplyv na druhú.
V novej štúdii uverejnenej online dnes (15. júna) v časopise Science vedci informujú o úspešnej distribúcii zapletených fotónových párov na dve miesta na Zemi oddelené vzdialenosťou 1,203 km (747,5 míľ).
Vedci tvrdia, že kvantové zapletenie má zaujímavé aplikácie na testovanie základných fyzikálnych zákonov, ale aj na vytvorenie mimoriadne bezpečných komunikačných systémov. Je to preto, že kvantová mechanika tvrdí, že meranie kvantového systému ju nevyhnutne ruší, takže akýkoľvek pokus o odpočúvanie nie je možné skryť.
Je však ťažké distribuovať zamotané častice - zvyčajne fotóny - na veľké vzdialenosti. Pri cestovaní vzduchom alebo cez káble z optických vlákien prostredie narúša častice, takže pri väčších vzdialenostiach sa signál rozpadá a stáva sa príliš slabým na to, aby bol užitočný.
V roku 2003 Pan Jianwei, profesor kvantovej fyziky na Čínskej univerzite vedy a techniky, začal pracovať na satelitnom systéme navrhnutom na vyžarovanie zamotaných párov fotónov na pozemné stanice. Myšlienka bola taká, že pretože väčšina z častice by bola cestou vákua vesmíru, tento systém by spôsobil podstatne menšie rušenie životného prostredia.
„Mnoho ľudí si vtedy myslelo, že je to bláznivý nápad, pretože už bolo náročné urobiť sofistikované experimenty s kvantovou optikou vo vnútri dobre tieneného optického stola,“ povedal pán Live Live. „Ako teda môžete robiť podobné experimenty v mierke tisíc kilometrov as optickými prvkami vibrujúcimi a pohybujúcimi sa rýchlosťou 8 kilometrov za sekundu?“
V novej štúdii vedci použili čínsky satelit Micius, ktorý bol uvedený na trh minulý rok, na prenos spletených fotónových párov. Satelit je vybavený ultraľahkým zapleteným zdrojom fotónov a vysoko presným systémom získavania, zameriavania a sledovania (APT), ktorý využíva satelitné majáky na satelite a na troch pozemných staniciach na zostavenie vysielača a prijímača.
Keď fotóny dorazili na pozemné stanice, vedci vykonali testy a potvrdili, že častice boli stále zapletené napriek tomu, že cestovali medzi 994 míľami a 1 490 míľami (1600 až 2 400 km), v závislosti od toho, v ktorej fáze svojej obežnej dráhy bol satelit umiestnený.
Vedci tvrdia, že iba najnižšia 10 km zemskej atmosféry je dostatočne silná na to, aby spôsobila výrazné rušenie fotónov. Podľa vedcov to znamená, že celková efektívnosť ich spojenia bola oveľa vyššia ako predchádzajúce metódy distribúcie zapletených fotónov pomocou káblov z optických vlákien.
„Dosiahli sme už efektívnosť distribúcie dvojfotónových zapletení biliónkrát efektívnejšie ako pri použití najlepších telekomunikačných vlákien,“ uviedol Pan. „Urobili sme niečo, čo bolo úplne nemožné bez satelitu.“
Okrem vykonávania experimentov je jedným z potenciálnych spôsobov použitia tohto druhu systému „distribúcia kvantového kľúča“, v ktorej sa kvantové komunikačné systémy používajú na zdieľanie šifrovacieho kľúča medzi dvoma stranami, ktorý nie je možné zachytiť bez varovania používateľov. V kombinácii so správnym šifrovacím algoritmom je tento systém nezávadný, aj keď sú šifrované správy odosielané normálnymi komunikačnými kanálmi, uviedli odborníci.
Artur Ekert, profesor kvantovej fyziky na Oxfordskej univerzite v Spojenom kráľovstve, ako prvý opísal, ako by sa mohli zamotané fotóny použiť na prenos šifrovacieho kľúča.
„Čínsky experiment je celkom pozoruhodný technologický úspech,“ povedal Ekert pre Live Science. „Keď som už v roku 1991, keď som bol študentom v Oxforde, navrhol rozdelenie kvantových kľúčov na základe zapleteného tovaru, neočakával som, že sa zvýši na také výšky!“
Súčasný satelit nie je celkom pripravený na použitie v praktických kvantových komunikačných systémoch, podľa Pan. Jednak jeho relatívne nízka obežná dráha znamená, že každá pozemná stanica má pokrytie iba asi 5 minút každý deň a použitá vlnová dĺžka použitých fotónov znamená, že môže fungovať iba v noci, uviedol.
Posilnenie časov a plôch pokrytia bude znamenať spustenie nových satelitov s vyššími obežnými dráhami, povedal Pan, ale bude to vyžadovať väčšie ďalekohľady, presnejšie sledovanie a vyššiu účinnosť spojenia. Dodal, že denná prevádzka bude vyžadovať použitie fotónov v telekomunikačných vlnových dĺžkach.
Ale zatiaľ čo rozvoj budúcich kvantových komunikačných sietí si bude vyžadovať značnú prácu, Thomas Jennewein, docent na Inštitúte pre kvantové výpočty na University of Waterloo v Kanade, uviedol, že skupina spoločnosti Pan preukázala jeden z kľúčových stavebných prvkov.
„V tejto oblasti výskumu pracujem od roku 2000 a skúmal som podobné implementácie kvantových experimentov z vesmíru, a preto môžem veľmi potvrdiť odvahu, odhodlanie a zručnosti, ktoré táto čínska skupina preukázala,“ povedal pre Live Science. ,
