Przesyłanie informacji kwantowej w postaci kubitów (quantum bitów) są z powodzeniem przeprowadzane od lat. Ponadto odległość przesyłania danych jest poważnie utrudniona przez inne czynniki, takie jak krzywizna Ziemi. Teraz, po raz pierwszy, włoscy naukowcy przeprowadzili udaną próbną wymianę pojedynczego fotonu między Ziemią a satelitą krążącym na wysokości 1485 km. Chociaż transmisja może być tu ograniczona na Ziemi, użycie satelitów znacznie zwiększy zasięg takiego układu, być może rozpoczynając erę kwantowej komunikacji na duże odległości z przestrzenią.
Kluczową zaletą komunikacji kwantowej jest to, że jest całkowicie zabezpieczona przed włamaniem. W świecie świadomej bezpieczeństwa transmisji informacji bardzo pożądana byłaby możliwość przesyłania informacji ukrytych w stanach kwantowych fotonów. Główną wadą wysyłania zakodowanych zdjęć na Ziemię jest degradacja danych, ponieważ fotony są rozproszone przez cząstki atmosferyczne. Obecny rekord wynosi 144 km dla zakodowanego fotonu podróżującego wzdłuż linii wzroku bez utraty kodu kwantowego. Odległość tę można zwiększyć, wystrzeliwując zakodowane fotony wzdłuż światłowodów.
Ale co, jeśli użyjesz satelitów jako węzłów do komunikacji zakodowanych fotonów w przestrzeni kosmicznej? Wystrzeliwując fotony prosto w górę, wystarczy im przejechać tylko 8 km gęstej atmosfery. Właśnie to mieli nadzieję Paolo Villoresi i jego zespół na Wydziale Inżynierii Informacji Uniwersytetu w Padwie wraz ze współpracownikami z innych instytutów we Włoszech i Austrii. W rzeczywistości przetestowali już „wymianę pojedynczego fotonu” między stacją naziemną a japońskim eksperymentalnym satelitą geodezyjnym Ajisai z dobrymi wynikami.
“Słabe impulsy laserowe, emitowane przez naziemną stację, są kierowane na satelitę wyposażonego w retroreflektory o narożnikach sześcianu. Odzwierciedlają one niewielką część impulsu, przy czym średnio mniej niż jeden foton na impuls jest kierowany do naszego odbiornika, co jest wymagane do komunikacji kwantowej słabego impulsu.”- Na podstawie„ Eksperymentalnej weryfikacji wykonalności kanału kwantowego między przestrzenią kosmiczną a ziemią ”, Villoresi i in..
Osiągnęli ten wyczyn, wykorzystując istniejącą naziemną technologię laserowego ustawiania odległości (w obserwatorium laserowym Matera we Włoszech) do kierowania słabego źródła fotonów na Ajisai, sferyczny odbity satelita (na zdjęciu na górze). Gdy potężna wiązka laserowa wskazała satelitę, została ona wyłączona, aby pozwolić słabszemu zakodowanemu laserowi na wysyłanie impulsów danych. Dwa lasery można łatwo przełączać, aby mieć pewność Ajisai odbierał fotony. Tylko niewielka część impulsów została odebrana z powrotem w obserwatorium i, statystycznie rzecz biorąc, spełniono wymaganie mniej niż jednego powrotu fotonu na impuls laserowy do komunikacji kwantowej.
Jest to pierwszy z wielu kroków w kierunku komunikacji kwantowej i w żadnym wypadku nie pokazuje splątanie kwantowe między dwoma fotonami (ta sytuacja jest szczegółowo opisana przez jednego ze współpracowników w osobnej publikacji) - teraz byłaby to ostateczna forma kwantowej transmisji danych!
Źródło: arXiv, blog arXiv
