Кинески сателит је поделио парове "заплетених фотона" и пренео их у одвојене земаљске станице удаљене 1200 километара, разбијајући претходни рекорд удаљености за такав подвиг и отварајући нове могућности у квантној комуникацији.
У квантној физици, када честице на одређени начин међусобно делују, оне се "заплећу". То у суштини значи да остају повезани чак и када су раздвојени великим раздаљинама, тако да акција извршена на једној утиче на другу.
У новој студији, објављеној данас на мрежи (15. јуна), у часопису Сциенце, истраживачи извештавају о успешној дистрибуцији заплетених парова фотона на две локације на Земљи раздвојене 747,5 миља (1,203 км).
Научници кажу да квантно заплетеност има занимљиве апликације за тестирање основних закона физике, али и за стварање изузетно сигурних комуникационих система. То је зато што квантна механика каже да мерење квантног система неминовно га узнемирава, па је било какав покушај прислушкивања немогуће сакрити.
Али тешко је дистрибуирати заплетене честице - обично фотоне - на велике удаљености. Када путујете ваздухом или преко оптичких каблова, околина омета честице, тако да на већој удаљености сигнал пропада и постаје преслаб да би био користан.
2003. године, Пан Јианвеи, професор квантне физике на Кинеском универзитету за науку и технологију, започео је рад на сателитском систему дизајнираном за зрачење заплетених парова фотона до земаљских станица. Идеја је била да, будући да ће већина путовања честица проћи кроз вакуум простора, овај систем би унео знатно мање уплитања у животну средину.
"Многи су тада сматрали да је то луда идеја, јер је било веома изазовно већ радити софистициране експерименте квантне оптике унутар добро оклопљеног оптичког стола", рекао је Пан за Ливе Сциенце. "Па како можете да направите сличне експерименте на скали удаљености од хиљаду километара и да оптички елементи вибрирају и крећу се брзином од 8 километара у секунди?"
У новој студији, истраживачи су користили кинески сателит Мициус, који је лансиран прошле године, за пренос заплетених парова фотона. Сателит садржи ултра светли запетљени извор фотона и високо прецизни систем прикупљања, показивања и праћења (АПТ) који користи светлеће ласере на сателиту и на три земаљске станице за линијско преношење и пријемнике.
Након што су фотони стигли до земаљских станица, научници су обавили испитивања и потврдили да су честице и даље заплетене упркос преласку између 1.600 и 2.400 км између 994 миље и 1.490 миља, у зависности од тога у којој је фази његове орбите сателит постављен.
Само најнижих 10 миља Земљине атмосфере је довољно густ да узрокује значајне сметње фотонима, рекли су научници. То значи да је укупна ефикасност њихове везе била знатно већа од претходних метода дистрибуције заплетених фотона преко оптичких каблова, тврде научници.
"Већ смо постигли ефикасност расподјеле два фотона запетљања, што је три милиона пута ефикасније од коришћења најбољих телекомуникационих влакана", рекао је Пан. "Учинили смо нешто што је било потпуно немогуће без сателита."
Осим спровођења експеримената, једна од могућих употреба ове врсте система је и за „квантну дистрибуцију кључева“, у којој се квантни комуникацијски системи користе за дељење шифрираног кључа између две стране, што је немогуће пресрести без упозорења корисника. Комбиновани са исправним алгоритмом за шифровање, овај систем је непогрешив чак и ако се шифроване поруке шаљу преко нормалних комуникационих канала, рекли су стручњаци.
Артур Екерт, професор квантне физике са Универзитета у Окфорду у Великој Британији, први је описао како заплетени фотони могу да се користе за пренос шифрираног кључа.
"Кинески експеримент је прилично изванредно технолошко достигнуће," изјавио је Екерт за Ливе Сциенце. "Када сам 1991. године, кад сам био студент у Окфорду, предложио упетљавање квантне дистрибуције кључева, нисам очекивао да ће бити повишен на такве висине!"
Пан, према Пан-овом мишљењу, није баш спреман за употребу у практичним системима квантне комуникације. За једну, његова релативно мала орбита значи да свака приземна станица има покривање за само око 5 минута сваког дана, а таласна дужина фотона која се користи значи да може радити само ноћу, рекао је.
Појачавање времена и области покривања значит ће лансирање нових сателита с већом орбитром, али рекао је Пан, али за то ће бити потребни већи телескопи, прецизније праћење и већа ефикасност везе. Дневне операције захтеват ће употребу фотона у таласним таласним дужинама, додао је.
Али током развоја будућих квантних комуникационих мрежа биће потребно много рада, Тхомас Јенневеин, ванредни професор на Институту за квантно рачунарство Универзитета Ватерлоо у Канади, рекао је да је Пан-ова група показала један од кључних елемената.
"На овој линији истраживања радио сам од 2000. године и истраживао сам сличне примене експеримената квантног заплетања из свемира и зато могу веома добро да потврдим смелост, посвећеност и вештине које је ова кинеска група показала", рекао је он за Ливе Сциенце .
