Κινέζοι επιστήμονες ανέφεραν την επιτυχή μετάδοση
εμπλεγμένων (entangled) φωτονίων μεταξύ υποτροχιακού διαστήματος και
Γης, σε ένα επίτευγμα που θα ανοίξει τον δρόμο για τη βελτίωση της
ταχύτητας και ασφάλειας των διεθνών τηλεπικοινωνιών.Τα αποτελέσματα της
έρευνας αυτής δημοσιεύτηκαν στο Science.
Η κβαντική διεμπλοκή (quantum entanglement) είναι το παράξενο φαινόμενο όπου σωματίδια όπως φωτόνια ή ηλεκτρόνια «συνδέονται»: Όταν τα σωματίδια είναι εμπλεγμένα, μπορεί να διαπιστωθεί ποια είναι η κβαντική κατάσταση του ενός εάν γνωρίζουμε την κατάσταση του άλλου. Πρακτικά, αυτό σημαίνει πως τα σωματίδια μπορούν να επικοινωνούν άμεσα μεταξύ τους, όσο μακριά και να είναι το ένα από το άλλο. Το εξωτικό αυτό φαινόμενο θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για σκοπούς άμεσης επικοινωνίας στη Γη ή πέρα από αυτή.
Όπως αναφέρεται σε ανακοίνωση της American Association for the Advancement of Science (AAAS), στη συγκεκριμένη μελέτη ο Τζιαν Γουέι Παν και συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο Επιστημών και Τεχνολογίας της Κίνας αναφέρουν την επιτυχή μετάδοση εμπλεγμένων φωτονίων μέσω δορυφόρου σε μια απόσταση περίπου 1.200 χιλιομέτρων, σπάζοντας το προηγούμενο ρεκόρ, που ήταν 100 χλμ.
Σημειώνεται πως, μεταξύ άλλων εφαρμογών στον χώρο των υπολογιστών και του προγραμματισμού, η κβαντική διεμπλοκή θα μπορούσε επίσης να παρέχει ασφαλέστερες τηλεπικοινωνίες: Εάν κάποιος προσπαθούσε να προβεί σε υποκλοπή σε μια γραμμή κβαντικών τηλεπικοινωνιών, αυτό θα άλλαζε την κατάσταση των σωματιδίων, ενημερώνοντας τους χρήστες της πως κάτι δεν πάει καλά.
Μέχρι σήμερα, οι προσπάθειες μετάδοσης εμπλεγμένων σωματιδίων περιορίζονταν σε αποστάσεις περίπου 100 χλμ, καθώς η κβαντική κατάσταση ενός σωματιδίου είναι επιρρεπής σε αλλοιώσεις από την επίδραση του περιβάλλοντος. Ένας τρόπος μετάδοσης εμπλεγμένων σωματιδίων είναι μέσω προστατευτικής οπτικής ίνας- ωστόσο, το μήνυμα πρέπει να περνά από το ένα σωματίδιο στο άλλο σε κομμάτια, όπως στο «σπασμένο τηλέφωνο». Καθώς το μήνυμα προχωρά, αυξάνονται οι πιθανότητες αλλοίωσής του.
Μια διαφορετική επιλογή είναι η μετάδοση εμπλεγμένων φωτονίων μέσω δορυφόρων και ακτίνων λέιζερ, καθώς οι ακτίνες λέιζερ μπορούν να δημιουργήσουν κενό, ελαχιστοποιώντας την επίδραση του περιβάλλοντος σε κβαντικό επίπεδο. Ένα δορυφορικό σύστημα φαίνεται ιδιαίτερα υποσχόμενο, καθώς δορυφόροι μπορούν να αλληλεπιδρούν με κάθε τμήμα της Γης, ανοίγοντας τον δρόμο για ένα παγκόσμιο δίκτυο κβαντικής επικοινωνίας.
Στις 16 Αυγούστου 2016, Κινέζοι επιστήμονες που συνεργάζονται με το πρόγραμμα QUESS (Quantum Experiments at Space Scale) εκτόξευσαν τον δορυφόρο Micius, εξοπλισμένο με κβαντική τεχνολογία. Δέκα ημέρες μετά την εκτόξευσή του, οι ερευνητές πέτυχαν σύνδεση ανάμεσα στον Micius και επίγειους σταθμούς στην Κίνα: Μια ακτίνα λέιζερ στον δορυφόρο πέρασε μέσα από διαχωριστή (splitter), κάτι που της έδωσε δύο ξεχωριστές καταστάσεις πόλωσης.
Η μία ακτίνα χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη διεμπλεγμένων φωτονίων, ενώ η άλλη για τη μετάδοσή τους. Με αυτόν τον τρόπο, ο δορυφόρος ήταν σε θέση να επικοινωνήσει με τρεις ξεχωριστούς δέκτες στην Κίνα, που απείχαν μεγάλες αποστάσεις ο ένας από τον άλλο.
Η μετάδοση εμπλεγμένων φωτονίων μέσα από την ατμόσφαιρα στους επίγειους σταθμούς που απέχουν χιλιάδες χιλιόμετρα ο ένας από τον άλλο είναι ιδιαίτερα δύσκολος άθλος: Όπως είπε ο Παν, οι τεχνικές απαιτήσεις του επιτεύγματος αυτού είναι αντίστοιχες του να βλέπεις και να παρακολουθείς μια ανθρώπινη τρίχα εν κινήσει σε απόσταση 300 μέτρων, και να εντοπίζεις ένα μεμονωμένο φωτόνιο στη Γη από τη φωτιά ενός σπίρτου που άναψε στη Σελήνη».
Η κβαντική διεμπλοκή (quantum entanglement) είναι το παράξενο φαινόμενο όπου σωματίδια όπως φωτόνια ή ηλεκτρόνια «συνδέονται»: Όταν τα σωματίδια είναι εμπλεγμένα, μπορεί να διαπιστωθεί ποια είναι η κβαντική κατάσταση του ενός εάν γνωρίζουμε την κατάσταση του άλλου. Πρακτικά, αυτό σημαίνει πως τα σωματίδια μπορούν να επικοινωνούν άμεσα μεταξύ τους, όσο μακριά και να είναι το ένα από το άλλο. Το εξωτικό αυτό φαινόμενο θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για σκοπούς άμεσης επικοινωνίας στη Γη ή πέρα από αυτή.
Όπως αναφέρεται σε ανακοίνωση της American Association for the Advancement of Science (AAAS), στη συγκεκριμένη μελέτη ο Τζιαν Γουέι Παν και συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο Επιστημών και Τεχνολογίας της Κίνας αναφέρουν την επιτυχή μετάδοση εμπλεγμένων φωτονίων μέσω δορυφόρου σε μια απόσταση περίπου 1.200 χιλιομέτρων, σπάζοντας το προηγούμενο ρεκόρ, που ήταν 100 χλμ.
Σημειώνεται πως, μεταξύ άλλων εφαρμογών στον χώρο των υπολογιστών και του προγραμματισμού, η κβαντική διεμπλοκή θα μπορούσε επίσης να παρέχει ασφαλέστερες τηλεπικοινωνίες: Εάν κάποιος προσπαθούσε να προβεί σε υποκλοπή σε μια γραμμή κβαντικών τηλεπικοινωνιών, αυτό θα άλλαζε την κατάσταση των σωματιδίων, ενημερώνοντας τους χρήστες της πως κάτι δεν πάει καλά.
Μέχρι σήμερα, οι προσπάθειες μετάδοσης εμπλεγμένων σωματιδίων περιορίζονταν σε αποστάσεις περίπου 100 χλμ, καθώς η κβαντική κατάσταση ενός σωματιδίου είναι επιρρεπής σε αλλοιώσεις από την επίδραση του περιβάλλοντος. Ένας τρόπος μετάδοσης εμπλεγμένων σωματιδίων είναι μέσω προστατευτικής οπτικής ίνας- ωστόσο, το μήνυμα πρέπει να περνά από το ένα σωματίδιο στο άλλο σε κομμάτια, όπως στο «σπασμένο τηλέφωνο». Καθώς το μήνυμα προχωρά, αυξάνονται οι πιθανότητες αλλοίωσής του.
Μια διαφορετική επιλογή είναι η μετάδοση εμπλεγμένων φωτονίων μέσω δορυφόρων και ακτίνων λέιζερ, καθώς οι ακτίνες λέιζερ μπορούν να δημιουργήσουν κενό, ελαχιστοποιώντας την επίδραση του περιβάλλοντος σε κβαντικό επίπεδο. Ένα δορυφορικό σύστημα φαίνεται ιδιαίτερα υποσχόμενο, καθώς δορυφόροι μπορούν να αλληλεπιδρούν με κάθε τμήμα της Γης, ανοίγοντας τον δρόμο για ένα παγκόσμιο δίκτυο κβαντικής επικοινωνίας.
Στις 16 Αυγούστου 2016, Κινέζοι επιστήμονες που συνεργάζονται με το πρόγραμμα QUESS (Quantum Experiments at Space Scale) εκτόξευσαν τον δορυφόρο Micius, εξοπλισμένο με κβαντική τεχνολογία. Δέκα ημέρες μετά την εκτόξευσή του, οι ερευνητές πέτυχαν σύνδεση ανάμεσα στον Micius και επίγειους σταθμούς στην Κίνα: Μια ακτίνα λέιζερ στον δορυφόρο πέρασε μέσα από διαχωριστή (splitter), κάτι που της έδωσε δύο ξεχωριστές καταστάσεις πόλωσης.
Η μία ακτίνα χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη διεμπλεγμένων φωτονίων, ενώ η άλλη για τη μετάδοσή τους. Με αυτόν τον τρόπο, ο δορυφόρος ήταν σε θέση να επικοινωνήσει με τρεις ξεχωριστούς δέκτες στην Κίνα, που απείχαν μεγάλες αποστάσεις ο ένας από τον άλλο.
Η μετάδοση εμπλεγμένων φωτονίων μέσα από την ατμόσφαιρα στους επίγειους σταθμούς που απέχουν χιλιάδες χιλιόμετρα ο ένας από τον άλλο είναι ιδιαίτερα δύσκολος άθλος: Όπως είπε ο Παν, οι τεχνικές απαιτήσεις του επιτεύγματος αυτού είναι αντίστοιχες του να βλέπεις και να παρακολουθείς μια ανθρώπινη τρίχα εν κινήσει σε απόσταση 300 μέτρων, και να εντοπίζεις ένα μεμονωμένο φωτόνιο στη Γη από τη φωτιά ενός σπίρτου που άναψε στη Σελήνη».
