Kopuła ISS z 180-stopniowym widokiem Ziemi i przestrzeni jest idealnym miejscem do robienia zdjęć. Ale austriaccy badacze chcą wykorzystać unikalną i panoramiczną platformę do testowania granic „upiornych działań na odległość” w nadziei na stworzenie nowej sieci komunikacji kwantowej.
W nowym badaniu opublikowanym 9 kwietnia 2012 r. W New Journal of Physics grupa austriackich naukowców proponuje wyposażenie aparatu, który jest już na pokładzie ISS - aparatu Nikon 400 mm NightPOD - w odbiornik optyczny, który byłby kluczem do wykonania pierwszy w historii eksperyment z optyką kwantową w kosmosie. Kamera NightPOD jest zwrócona twarzą do ziemi w kopule i może śledzić cele naziemne do 70 sekund, umożliwiając naukowcom odbicie tajnego klucza szyfrowania na większe odległości niż jest to obecnie możliwe w przypadku sieci światłowodowych na Ziemi.
„Przez kilka miesięcy w roku ISS przechodzi od pięciu do sześciu razy z rzędu we właściwej orientacji, abyśmy mogli przeprowadzić nasze eksperymenty. Przewidujemy, że przeprowadzimy eksperyment na cały tydzień, a zatem będziemy mieli więcej niż wystarczająco dostępnych linków do ISS ”- powiedział współautor badania profesor Rupert Ursin z Austriackiej Akademii Nauk.
Albert Einstein po raz pierwszy ukuł frazę „upiorna akcja na odległość” podczas swoich filozoficznych bitew z Neilsem Bohrem w latach 30. XX wieku, aby wyjaśnić swoją frustrację niedostatkami nowej teorii zwanej mechaniką kwantową. Mechanika kwantowa wyjaśnia działania w najmniejszych skalach w dziedzinie atomów i cząstek elementarnych. Podczas gdy fizyka klasyczna wyjaśnia ruch, materię i energię na poziomie, który widzimy, dziewiętnastowieczni naukowcy zaobserwowali zjawiska zarówno w makro, jak i mikroświecie, których nie można łatwo wyjaśnić za pomocą fizyki klasycznej.
W szczególności Einstein był niezadowolony z idei uwikłania. Splątanie ma miejsce, gdy dwie cząstki są tak głęboko połączone, że mają takie samo istnienie; co oznacza, że dzielą te same matematyczne relacje pozycji, spinu, pędu i polaryzacji. Może się to zdarzyć, gdy dwie cząstki zostaną utworzone w tym samym punkcie i natychmiast w czasoprzestrzeni. Z biegiem czasu, gdy dwie cząstki zostają szeroko rozdzielone w przestrzeni, nawet przez lata świetlne, mechanika kwantowa sugeruje, że pomiar jednej z nich natychmiast wpłynąłby na drugą. Einstein szybko zauważył, że narusza to uniwersalne ograniczenie prędkości określone przez szczególną teorię względności. To był ten paradoks, który Einstein nazwał upiorną akcją.
Fizyk z CERN, John Bell częściowo rozwiązał tę tajemnicę w 1964 roku, wpadając na pomysł zjawisk nielokalnych. Chociaż splątanie pozwala na natychmiastowy wpływ jednej cząsteczki na jej dokładny odpowiednik, przepływ klasycznej informacji nie przemieszcza się szybciej niż światło.
Eksperyment ISS proponuje zastosowanie „eksperymentu Bella” do przetestowania teoretycznej sprzeczności między przewidywaniami w fizyce kwantowej i klasycznej. Dla eksperymentu Bella na ziemi generowana byłaby para splątanych fotonów; jeden zostanie wysłany ze stacji naziemnej do zmodyfikowanej kamery na pokładzie ISS, a drugi zostanie zmierzony lokalnie na ziemi w celu późniejszego porównania. Do tej pory naukowcy wysłali tajny klucz do odbiorników w odległości kilkuset kilometrów od siebie.
„Według fizyki kwantowej splątanie jest niezależne od odległości. Nasz proponowany eksperyment typu Bell pokaże, że cząstki zaplątują się na duże odległości - około 500 km - po raz pierwszy w eksperymencie ”, mówi Ursin. „Nasze eksperymenty pozwolą nam również przetestować potencjalny wpływ grawitacji na splątanie kwantowe”.
Naukowcy podkreślają, że wprowadzenie drobnych zmian w kamerze już na pokładzie ISS pozwoli zaoszczędzić czas i pieniądze potrzebne do zbudowania serii satelitów w celu przetestowania pomysłów naukowców.
