انقلابی در فیزیک کوانتومی؛ دانشمندان راهی برای ارسال سیگنال‌های کوانتومی از زمین به فضا یافتند
با گذشت زمان، علم بارها نشان داده است که می تواند «غیر ممکن» را به «ممکن» تبدیل کند. جدیدترین نمونه مطالعه ای است که امکان ارسال سیگنال های کوانتومی از زمین به ماهواره ها را بررسی کرد و نشان داد که این کار می تواند منجر به ساخت شبکه های ارتباطی کوانتومی بزرگتر و قدرتمندتر شود.
به گزارش افق میهن و به نقل از sciencealert; تا به امروز، ارسال ذرات نوری درهم تنیده از ماهواره ها به ایستگاه های زمینی امکان پذیر بوده است. اما انتقال فوتون ها در جهت معکوس – یعنی از زمین به فضا – مدت هاست که غیرممکن تلقی می شود، زیرا حفظ ثبات سیگنال در این جهت بسیار دشوار است.
اکنون، تحقیقات جدید تیمی در دانشگاه فناوری سیدنی (UTS) در استرالیا نشان می‌دهد که این امکان وجود دارد. این مطالعه بر اساس یک مدل دقیق است که از فرآیندی به نام “تبادل درهم تنیدگی” استفاده می کند و شرایط آب و هوایی احتمالی، موقعیت ماهواره و تداخل ناشی از فوتون های سرگردان و نویز محیط را در نظر می گیرد.
فیزیکدان Simon DeWitt از UTS می گوید:
ایده این است که دو ذره نوری مجزا از دو ایستگاه زمینی مختلف به سمت ماهواره‌ای که در مداری در فاصله ۵۰۰ کیلومتری از زمین و با سرعتی حدود ۲۰ هزار کیلومتر بر ساعت قرار دارد شلیک کنیم، به گونه‌ای که در مسیر خود با دقتی بی‌نظیر به هم برسند و پدیده تداخل کوانتومی رخ دهد.
او می افزاید:
شگفت‌انگیز است که مدل ما نشان داد که چنین پیوندی از زمین به فضا امکان‌پذیر است. در شبیه‌سازی خود، تأثیر نور پس‌زمینه زمین، انعکاس نور خورشید از سطح ماه، شرایط جوی و حتی انحرافات احتمالی در تنظیمات نور را در نظر گرفتیم.
در این مدل، دو ایستگاه زمینی فوتون های درهم تنیده را به فضا می فرستند و برای شناسایی آنها، فوتون ها باید تقریباً همزمان به ماهواره برسند.
اما چرا این دستاورد مهم است؟
از آنجا که اینترنت کوانتومی شبکه هایی را نوید می دهد که ذاتا غیرقابل هک هستند: به محض اینکه یک شخص یا سیستم غیرمجاز سعی در مشاهده داده ها داشته باشد، اطلاعات به طور خودکار از بین می روند. در این شبکه ها، ذرات درهم تنیده – مانند فوتون ها – برای تایید ارتباط در هر دو انتها استفاده می شوند.
در حال حاضر، کلیدهای رمزنگاری مخفی را می توان در ماهواره ها تولید کرد و سپس به زمین فرستاد. حفظ پایداری فوتون ها در جهت پایین آسان تر است زیرا پراکندگی جوی در انتهای مسیر اتفاق می افتد نه در ابتدا. علاوه بر این، هدف قرار دادن ایستگاه های زمینی ثابت آسان تر از هدف قرار دادن ماهواره ای است که در فضا حرکت می کند.
با این حال، یک اشکال عمده وجود دارد: قدرت محدود ماهواره ها. در حالی که ایستگاه‌های زمینی انرژی زیادی دارند، واگذاری وظایف دشوارتر به زمین باعث می‌شود تعداد بسیار بیشتری از جفت‌های فوتون درهم‌تنیده با سرعت بیشتری تولید شوند و سپس برای توزیع بیشتر به ماهواره‌ها ارسال شوند.
دی ویت توضیح می دهد:
این ماهواره به جای داشتن سخت افزار پیچیده کوانتومی برای تولید تریلیون ها فوتون در ثانیه، تنها به یک واحد نوری فشرده برای تداخل با فوتون های ورودی و گزارش نتیجه نیاز دارد. این امر هزینه و اندازه را کاهش می دهد و این رویکرد را کاربردی تر می کند.
البته این سیستم محدودیت هایی دارد. اگرچه از نظر فنی می تواند با دقت بالایی کار کند (که برای اطمینان از صحت داده ها ضروری است)، فقط در شب و به دور از تداخل نور خورشید – با تنظیم دقیق و کالیبراسیون مداوم امکان پذیر است. با این حال، این گام اول می تواند زمینه را برای پیشرفت های بیشتر فراهم کند.
یک شبکه ارتباطی کوانتومی کاملاً عملی هنوز با واقعیت فاصله زیادی دارد، اما اکنون می دانیم که سیستم های دو طرفه حداقل از نظر تئوری امکان پذیر هستند. محققان پیشنهاد می کنند که آزمایش های آینده را می توان با استفاده از گیرنده های نصب شده بر روی هواپیماهای بدون سرنشین یا بالون ها انجام داد.
دیویت نتیجه می گیرد:
در آینده، درهم تنیدگی کوانتومی به چیزی شبیه الکتریسیته تبدیل خواهد شد؛ نوعی منبع نامرئی که فناوری‌های دیگر را تغذیه می‌کند. این انرژی بدون اینکه کاربر متوجه شود تولید و منتقل می‌شود. ما فقط دستگاه‌های خود را به برق متصل می‌کنیم و از آن استفاده می‌کنیم.
