Skicka kvantinformation i form av qubits (quantum bitar) har genomförts framgångsrikt i flera år. Dessutom hindras avståndet för att överföra data kraftigt av andra faktorer såsom jordens krökning. Nu, för första gången, har italienska forskare genomfört ett framgångsrikt håravfall med en fotonväxling mellan jorden och en satellit som kretsar i en höjd av 1485 km. Även om överföringen kan begränsas här på jorden kommer användningen av satelliter avsevärt att öka räckvidden för ett sådant system, eventuellt inleda en era med kvantkommunikation med långa avstånd med rymden.
Den viktigaste fördelen med kvantkommunikation är att den är helt säker från att bli hackad. I en värld av säkerhetsmedveten informationsöverföring skulle möjligheten att skicka information som är dold i kvanttillstånd för fotoner vara mycket önskvärd. En stor nackdel med att skicka kodade bilder här på jorden är nedbrytningen av data då fotonerna sprids av atmosfäriska partiklar. Den nuvarande posten står på 144 km för en kodad foton att färdas längs sin siktlinje utan att förlora sin kvantkod. Detta avstånd kan ökas genom att avfyra kodade fotoner längs optiska fibrer.
Men vad händer om du använde satelliter som noder för att kommunicera de kodade fotonerna genom rymden? Genom att skjuta fotonerna rakt upp behöver de bara resa genom 8 km tät atmosfär. Det är exakt vad Paolo Villoresi och hans team vid institutionen för informationsteknologi, University of Padova tillsammans med kollegor i andra institut i Italien och Österrike hoppades uppnå. De har faktiskt redan testat ”en-fotonbytet” mellan en markstation och den japanska experimentella geodetiska satelliten Ajisai med några bra resultat.
“Svaga laserpulser, som avges från den markbaserade stationen, riktas mot en satellit utrustad med kubhörnets retroreflektorer. Dessa återspeglar en liten del av pulsen, med ett genomsnitt på mindre än en foton per puls riktad till vår mottagare, som krävs för den svaga pulskvantkommunikationen.”- Från“ Experimentell verifiering av genomförbarheten av en kvantkanal mellan rymden och jorden ”, Villoresi et al..
De uppnådde denna prestation genom att använda befintlig jordbaserad laserräckteknologi (vid Matera Laser Ranging Observatory, Italien) för att rikta en svag fotokälla till Ajisai, sfärisk speglad satellit (avbildad topp). När den kraftfulla laserstrålen bestämde satelliten, stängdes den av för att låta den svagare kodade lasern avfyra datapulser. De två lasrarna kunde lätt bytas för att vara säkra på Ajisai tog emot fotonerna. Endast en liten bråkdel av pulserna mottogs tillbaka vid observatoriet, och statistiskt sett uppnåddes kravet på mindre än en fotonretur per laserpuls för kvantkommunikation.
Detta är det första steget för många mot kvantkommunikation, och det visar inte på något sätt kvantsammanflätning mellan två fotoner (denna situation beskrivs i detalj av en av samarbetspartnerna i en separat publikation) - nu skulle det vara den ultimata formen för kvantdataöverföring!
Källa: arXiv, arXiv blogg
