Kinijos palydovas suskaidė pora „įsipainiojusių fotonų“ ir perdavė juos į atskiras žemės stotis 745 mylių (1 200 km) atstumu, sutriuškindamas ankstesnį tokio žygdarbio rekordą ir atvėręs naujas galimybes kvantiniame ryšyje.
Kvantinėje fizikoje, kai dalelės tam tikru būdu sąveikauja viena su kita, jos „įsipainioja“. Tai iš esmės reiškia, kad jie lieka sujungti net ir atskirti dideliais atstumais, kad vienas atliktas veiksmas paveiktų kitą.
Šiandien internete (birželio 15 d.), Žurnale „Science“ paskelbtame naujame tyrime tyrėjai praneša apie sėkmingą įsipainiojusių fotonų porų pasiskirstymą į dvi Žemės vietas, kurias skiria 747,5 mylios (1 203 km).
Kvantinis įsipainiojimas turi įdomių programų, skirtų išbandyti ne tik pagrindinius fizikos dėsnius, bet ir sukurti ypač saugias ryšio sistemas, teigė mokslininkai. Taip yra todėl, kad kvantinė mechanika teigia, kad kvantinės sistemos matavimas neišvengiamai ją trikdo, todėl paslėpti neįmanoma bet kokio bandymo išklausyti.
Tačiau sunku pasiskirsčiusias daleles - paprastai fotonus - paskirstyti dideliais atstumais. Keliaujant oru ar per šviesolaidinius kabelius, aplinka trikdo daleles, todėl didesniais atstumais signalas suyra ir tampa per silpnas, kad būtų naudingas.
2003 m. Kinijos mokslo ir technologijos universiteto kvantinės fizikos profesorius Panas Jianwei pradėjo darbą su palydovine sistema, sukurta įstrigusių fotonų porų spinduliavimui iki žemės stočių. Idėja buvo ta, kad kadangi didžioji dalelių kelionė vyks per kosmoso vakuumą, ši sistema įneš žymiai mažiau aplinkos trukdžių.
„Daugelis žmonių tada manė, kad tai yra beprotiška idėja, nes atlikti sudėtingus kvantinės optikos eksperimentus gerai ekranuoto optinio stalo viduje buvo labai sudėtinga“, - „Pan“ pasakojo „Live Science“. "Taigi kaip jūs galite atlikti panašius eksperimentus tūkstančio kilometrų atstumu ir optiniams elementams vibruojant ir judant 8 kilometrų per sekundę greičiu?"
Naujajame tyrime tyrėjai panaudojo Kinijos „Micius“ palydovą, kuris buvo paleistas praėjusiais metais, kad perduotų įsipainiojusias fotonų poras. Palydove yra ypatingai ryškus fotonų šaltinis ir labai tiksli įgavimo, rodymo ir sekimo (APT) sistema, naudojanti švyturio lazerius palydove ir trijose antžeminėse stotyse siųstuvo ir imtuvo išdėstymui.
Kai fotonai pasiekė antžemines stotis, mokslininkai atliko bandymus ir patvirtino, kad dalelės vis dar yra įsipainiojusios, nepaisant to, kad jos nuvažiavo nuo 994 mylių iki 1 490 mylių (1600 ir 2400 km), atsižvelgiant į tai, kurioje jo orbitos stadijoje palydovas buvo išdėstytas.
Tik žemiausios 6 mylios (10 km) Žemės atmosferos yra pakankamai storos, kad galėtų smarkiai trukdyti fotonams, teigė mokslininkai. Tai reiškia, kad bendras jų jungties efektyvumas buvo žymiai didesnis nei ankstesni metodai, skirti paskirstytiems fotonams paskirstyti per šviesolaidinius kabelius, teigia mokslininkai.
„Jau pasiekėme trifonį kartų efektyvesnį dviejų fotonų sujungimo paskirstymo efektyvumą, nei naudojant geriausius telekomunikacijų pluoštus“, - teigė Panas. "Mes padarėme tai, kas be palydovo buvo visiškai neįmanoma".
Be eksperimentų atlikimo, vienas iš galimų šios rūšies sistemos panaudojimo būdų yra „kvantinių raktų paskirstymas“, kai kvantinės ryšio sistemos yra naudojamos dalijant šifravimo raktą tarp dviejų šalių, kurio neįmanoma perimti neįspėjus vartotojų. Ekspertai teigė, kad kartu su teisingu šifravimo algoritmu ši sistema yra nesugadinama, net jei užšifruoti pranešimai būtų siunčiami įprastais ryšio kanalais.
Jungtinės Karalystės Oksfordo universiteto kvantinės fizikos profesorius Arthuras Ekertas pirmasis aprašė, kaip įsipainioję fotonai gali būti naudojami perduodant šifravimo raktą.
„Kinijos eksperimentas yra gana puikus technologinis pasiekimas“, - „Live Science“ pasakojo Ekertas. "Kai 1991 m., Kai buvau studentas Oksforde, pasiūliau įsipainiojančią kvantinių raktų paskirstymą, nesitikėjau, kad ji bus pakelta į tokias aukštumas!"
Anot Pan., Dabartinis palydovas nėra pakankamai paruoštas naudoti praktinėse kvantinio ryšio sistemose. Vienam, palyginti žemos orbitos orbita reiškia, kad kiekviena žemės stotis kiekvieną dieną yra padengta tik maždaug 5 minutes, o panaudotų fotonų bangos ilgis reiškia, kad ji gali veikti tik naktį.
Padidėjęs aprėpties laikas ir teritorijos reikš, kad bus paleidžiami nauji palydovai su didesne orbita, sako Panas, tačiau tam reikės didesnių teleskopų, tikslesnio sekimo ir didesnio ryšio efektyvumo. Jis pridūrė, kad dienos metu telekomunikacijų bangos ilgiuose reikės naudoti fotonus.
Nors kuriant būsimus kvantinių ryšių tinklus reikės nemažai pastangų, Kanados Vaterlo universiteto Kvantinio skaičiavimo instituto docentas Tomas Jenneweinas teigė, kad Pano grupė pademonstravo vieną iš pagrindinių sudedamųjų dalių.
"Aš dirbu šioje srityje nuo 2000 m. Ir tyrinėju panašius kiekybinio sujungimo eksperimentų iš kosmoso įgyvendinimą. Todėl galiu labai patvirtinti drąsą, atsidavimą ir įgūdžius, kuriuos parodė ši kinų grupė", - pasakojo jis „Live Science“. .
