לוויין סיני פיצל זוגות של "פוטונים מסתבכים" והעביר אותם לתחנות קרקע נפרדות במרחק 1,45 ק"מ (1,200 ק"מ) זה מזה, וניפץ את שיא המרחק הקודם עבור הישג כזה ופתח אפשרויות חדשות בתקשורת קוונטית.
בפיזיקה קוונטית, כאשר חלקיקים מתקשרים זה עם זה בדרכים מסוימות הם מסתבכים ". משמעות הדבר היא שהם נשארים מחוברים גם כשהם מופרדים על ידי מרחקים גדולים, כך שפעולה המתבצעת על האחת משפיעה על השנייה.
במחקר חדש שפורסם היום (15 ביוני) בכתב העת Science, החוקרים מדווחים על התפלגות מוצלחת של זוגות פוטונים מסובכים לשני מיקומים על כדור הארץ המופרדים על ידי 1,203 ק"מ.
להסתבכות קוונטית יש יישומים מעניינים לבדיקת חוקי היסוד של הפיזיקה, אך גם ליצירת מערכות תקשורת מאובטחות במיוחד, כך אמרו המדענים. הסיבה לכך היא שמכניקת הקוונטים קובעת שמדידת מערכת קוונטית באופן בלתי נמנע מפריעה לה, כך שאי אפשר להסתיר כל ניסיון לצותת.
עם זאת, קשה להפיץ חלקיקים סבוכים - בדרך כלל פוטונים - על פני מרחקים גדולים. כשנוסעים באוויר או בכבלים אופטיים, הסביבה מפריעה לחלקיקים, ולכן עם מרחקים גדולים יותר האות מתפרק והופך חלש מכדי להיות שימושי.
בשנת 2003 החל פאן ג'יאנוויי, פרופסור לפיזיקה קוונטית באוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין, לעבוד על מערכת מבוססת לוויין המיועדת לקרן זוגות פוטונים מסתבכים עד לתחנות קרקע. הרעיון היה שמכיוון שרוב המסע של החלקיק יהיה דרך הוואקום של החלל, מערכת זו תכניס פחות הפרעות סביבתיות באופן ניכר.
"אנשים רבים חשבו שזה רעיון מטורף, מכיוון שהוא היה מאתגר מאוד כבר בביצוע ניסויים אופטיים קוונטיים מתוחכמים בתוך שולחן אופטי מוגן היטב," אמר פאן ל- Live Science. "אז איך אתה יכול לעשות ניסויים דומים בסולם מרחק של אלף ק"מ ועם האלמנטים האופטיים רוטטים ונעים במהירות של 8 ק"מ בשנייה?"
במחקר החדש השתמשו החוקרים בלוויין Micius של סין, שהושק בשנה שעברה, כדי להעביר את זוגות הפוטונים הסבוכים. הלוויין כולל מקור פוטון מסובך במיוחד ומערכת רכישה, הצבעה ומעקב לרכישה (APT) בעלת דיוק גבוה המשתמשת בלייזרי משואות בלוויין ובשלוש תחנות קרקע כדי ליישר את המשדר והמקלטים.
ברגע שהפוטונים הגיעו לתחנות היבשה, ביצעו המדענים בדיקות ואישרו כי החלקיקים עדיין הסתבכו למרות שנסעו בין 994 מיילים ל -1,490 מיילים (1,600 ו -2,400 ק"מ), תלוי באיזה שלב במסלולו היה ממוקם הלוויין.
המדענים אמרו כי רק האטמוספירה של כדור הארץ, המרוחק כ -6 ק"מ (10 ק"מ), מספיק עבים כדי לגרום להפרעה משמעותית עם הפוטונים. המשמעות היא שהיעילות הכוללת של הקישור שלהם הייתה גבוהה בהרבה משיטות קודמות להפצת פוטונים מסתבכים באמצעות כבלים סיבים אופטיים, על פי המדענים.
"השגנו כבר יעילות חלוקת הסתבכות של שני פוטונים, טריליון יעיל פי פעמים מאשר שימוש בסיבי הטלקומוניקציה הטובים ביותר," אמר פן. "עשינו משהו שהיה בלתי אפשרי לחלוטין בלי הלוויין."
מלבד ביצוע ניסויים, אחד השימושים הפוטנציאליים למערכת מסוג זה הוא ל"הפצת מפתחות קוונטיים ", שבהם מערכות תקשורת קוונטיות משמשות לחלוק מפתח הצפנה בין שני צדדים שאי אפשר ליירט מבלי להתריע בפני המשתמשים. מומחים אומרים כי בשילוב עם אלגוריתם ההצפנה הנכון, מערכת זו אינה ניתנת לניתוק, אפילו אם הודעות מוצפנות נשלחות בערוצי תקשורת רגילים.
ארטור אקרט, פרופסור לפיזיקה קוונטית באוניברסיטת אוקספורד בבריטניה, היה הראשון שתיאר כיצד ניתן להשתמש בפוטונים סבוכים להעברת מפתח הצפנה.
"הניסוי הסיני הוא הישג טכנולוגי יוצא דופן," אמר אקרט ל- Live Science. "כשהצעתי את חלוקת המפתחות הקוונטית הסבוכה עוד בשנת 1991 כשהייתי סטודנטית באוקספורד, לא ציפיתי שהיא תעלה לגבהים כאלה!"
הלוויין הנוכחי אינו מוכן לשימוש במערכות תקשורת קוונטיות מעשיות, לפי נתוני פן. ראשית, מסלולו הנמוך יחסית פירושו שלכל תחנת קרקע יש כיסוי של כ -5 דקות בלבד בכל יום, ואורך הגל של הפוטונים המשמשים פירושו שהיא יכולה לפעול רק בלילה, אמר.
הגדלת זמני הכיסוי והאזורים פירושם שיגור לוויינים חדשים עם מסלול גבוה יותר, אמר פאן, אך הדבר ידרוש טלסקופים גדולים יותר, מעקב מדויק יותר ויעילות קישור גבוהה יותר. הפעולה בשעות היום תחייב שימוש בפוטונים באורכי הגל של התקשורת, הוסיף.
אך בעוד שפיתוח רשתות תקשורת קוונטיות עתידיות ידרוש עבודה רבה, תומאס ג'נוויין, פרופסור חבר במכון למחשוב קוונטים באוניברסיטת ווטרלו בקנדה, אמר כי הקבוצה של פן הדגימה את אחד מאבני הבניין העיקריות.
"עבדתי בשורה זו של מחקר מאז שנת 2000 וחקרתי על יישומים דומים של ניסויים הסתבכות קוונטית מהחלל, ולכן אני יכול להעיד מאוד על הנועזות, המסירות והמיומנויות שהקבוצה הסינית הזו הראתה," אמר ל- Live Science .
