Skok kwantowy: możliwe są teraz sygnały z Ziemi do kosmosu
Naukowcy od dawna marzyli o stworzeniu Internetu kwantowego – sieci tak bezpiecznej, że zawarte w niej dane byłyby niezniszczalne. Ale jeden krytyczny szczegół wydawał się niemożliwy: wysyłanie splecionych cząstek światła z Ziemi do orbitujących satelitów. Obecnie badacze uważają, że bariera ta została pokonana.
Splątane fotony są jak maleńkie kosmiczne bliźniaki; pomiar jednego natychmiast wpływa na drugi, niezależnie od odległości między nimi. To „złowrogie działanie na odległość”, jak błyskotliwie nazwał to Einstein, jest kluczem do stworzenia odpornej na włamania komunikacji kwantowej. Obecnie możemy wysłać te splątane fotony z satelitów do stacji naziemnych, jednak wysłanie ich w przeciwnym kierunku uznano za niemożliwe ze względu na niestabilność sygnału podczas podróży przez atmosferę ziemską.
Nowa praca zespołu naukowców z Politechniki Sydney (UTS) podważa to założenie. Ich badania pokazują, że przesyłanie sygnałów kwantowych z Ziemi w przestrzeń kosmiczną jest wykonalne, co stanowi wyzwanie dla tego, co wcześniej uważano za ograniczenia fizyki.
„Symulowaliśmy, jak dwa pojedyncze fotony wystrzelone z różnych stacji naziemnych zderzą się precyzyjnie z satelitą krążącym 500 kilometrów nad Ziemią” – wyjaśnia Simon Devitt, fizyk z UTS zaangażowany w badania. „To «spotkanie» może spowodować zakłócenia kwantowe.”
W modelu uwzględniono liczne problemy występujące w świecie rzeczywistym: warunki atmosferyczne, światło rozproszone, odbicie światła słonecznego od Księżyca, a nawet niedoskonałości sprzętu optycznego używanego do celowania. Co zaskakujące, wyniki pokazały, że kanał warunkowy może działać.
Dlaczego to ma znaczenie: Internet kwantowy jest bliżej, niż nam się wydaje
Dlaczego więc ten przełom jest tak znaczący? Wyobraź sobie globalną sieć zasilaną niezniszczalną komunikacją kwantową. To jest obietnica Internetu kwantowego.
Obecnie satelity generują pary splecionych ze sobą fotonów i wysyłają je na Ziemię. Wysłanie ich w górę jest technicznie możliwe, ale zrobienie tego ze stacji naziemnych ma większy sens.
Sprzęt naziemny ma moc potrzebną do wytworzenia bilionów par fotonów na sekundę – znacznie więcej niż jest w stanie zrobić satelita. Te splecione fotony są następnie wysyłane do satelitów w celu propagacji w szerszych sieciach.
„Satelita potrzebuje jedynie kompaktowego modułu optycznego, który zakłóca napływające fotony i transmituje wynik” – wyjaśnia Devitt. „Do wytworzenia tych wszystkich fotonów nie potrzeba skomplikowanego, energochłonnego instrumentarium”. Takie podejście radykalnie zmniejsza zarówno koszty, jak i rozmiar, czyniąc kwantową infrastrukturę internetową bardziej praktyczną.
W badaniu potwierdzono, że system ten będzie początkowo działał najlepiej w nocy, unikając zakłóceń powodowanych przez światło słoneczne. Jednak dokładna kalibracja może wydłużyć dzienną wydajność. To ograniczenie jest krokiem, a nie przeszkodą nie do pokonania.
„W przyszłych testach odbiornikami mogą być drony lub balony” – sugeruje Devitt. „Jesteśmy coraz bliżej uczynienia ze splątania kwantowego towaru takiego jak energia elektryczna – niewidocznego dla użytkowników, ale zasilającego sieci jutra”.
Rozwój tej dwukierunkowej komunikacji kwantowej otwiera w przyszłości ekscytujące możliwości bezpiecznego przesyłania danych i rozproszonego przetwarzania kwantowego.
