Med sina 180 graders utsikt över jorden och rymden är ISS kupol den perfekta platsen för fotografering. Men österrikiska forskare vill använda den unika och panoramiska plattformen för att testa gränserna för "spöklik handling på avstånd" i hopp om att skapa ett nytt kvantkommunikationsnätverk.
I en ny studie publicerad 9 april 2012 i New Journal of Physics föreslår en grupp österrikiska forskare att utrusta kameran som redan är ombord på ISS - Nikon 400 mm NightPOD-kamera - med en optisk mottagare som skulle vara nyckeln till att utföra första kvantoptiksexperimentet i rymden. NightPOD-kameran vetter mot marken i kupolen och kan spåra markmål i upp till 70 sekunder så att forskare kan studsa en hemlig krypteringsnyckel över längre avstånd än för närvarande möjligt med optiska fibernät på jorden.
”Under några månader om året passerar ISS fem till sex gånger i rad i rätt riktning för oss att göra våra experiment. Vi ser för oss att inrätta experimentet under en hel vecka och därför har mer än tillräckligt länkar till ISS tillgängligt, ”sa medförfattare till studien Professor Rupert Ursin från den österrikiska vetenskapsakademin.
Albert Einstein myntade först frasen "spöklik handling på avstånd" under sina filosofiska strider med Neils Bohr på 1930-talet för att förklara hans frustration över bristerna i den nya teorin som kallas kvantmekanik. Kvantmekanik förklarar handlingar på de minsta skalorna inom området för atomer och elementära partiklar. Medan klassisk fysik förklarar rörelse, materia och energi på den nivå som vi kan se, observerade forskare från 1800-talet fenomen i både makro- och mikrovärlden som inte lätt kunde förklaras med klassisk fysik.
I synnerhet var Einstein missnöjd med idén om förvirring. Förvirring inträffar när två partiklar är så djupt förbundna att de delar samma existens; vilket betyder att de delar samma matematiska förhållanden mellan position, spin, momentum och polarisering. Detta kan hända när två partiklar skapas på samma punkt och ögonblick i rymdtiden. Med tiden, när de två partiklarna blir vidsträckta separerade i rymden, även genom ljusår, antyder kvantmekanik att en mätning av den ena omedelbart skulle påverka den andra. Einstein var snabb med att påpeka att detta bröt mot den universella hastighetsgräns som fastställts av special relativitet. Det var denna paradox som Einstein hänvisade till som skrämmande handling.
CERN-fysiker John Bell löst delvis detta mysterium 1964 genom att komma med idén om icke-lokala fenomen. Medan intrassling tillåter att en partikel omedelbart påverkas av dess exakta motsvarighet, reser flödet av klassisk information inte snabbare än ljus.
ISS-experimentet föreslår att man använder ett "Bell-experiment" för att testa den teoretiska motsägelsen mellan förutsägelser i kvant- och klassisk fysik. För Bell-experimentet skulle ett par intrasslade fotoner genereras på marken; den ena skulle skickas från markstationen till den modifierade kameran ombord på ISS, medan den andra skulle mätas lokalt på marken för senare jämförelse. Hittills har forskare skickat en hemlig nyckel till mottagare med bara några hundra kilometer från varandra.
”Enligt kvantfysik är förvirring oberoende av avstånd. Vårt föreslagna experiment av Bell-typ kommer att visa att partiklar är intrasslade över stora avstånd - cirka 500 km - för första gången i ett experiment, säger Ursin. "Våra experiment kommer också att göra det möjligt för oss att testa potentiella effekter tyngdkraften kan ha på kvantförvirring."
Forskarna påpekar att genom att göra en mindre ändring av en kamera som redan är ombord på ISS kommer det att spara tid och pengar som behövs för att bygga en serie satelliter för att testa forskarnas idéer.
