Förvirrad kvanta i omloppsbana

I mitten av 2016 kan det första orbital-planetära kvantnätverket köras

Hedy Lamarr Quantum Communication Telescope i Wien är en av markstationerna för det orbital-planetära kvantenätverket. © Lois Lammerhuber
läsa högt

Nedräkningen är på: På bara några månader kan det vara första gången en kvantkommunikation med en sändningsstation i omloppsbana. En kinesisk forskningssatellit kommer att skicka intrasslade ljuspartiklar från jorden nära jord till två markstationer - och därmed sätta världens första orbital-planetära kvantnät i drift. Förberedelserna är i den heta fasen.

Einstein kallade det den spöklika långsträckta effekten: i fenomenet med förvirring kopplas två kvantpartiklar, till exempel fotoner, samman i superpositionstillståndet. Att mäta tillståndet hos en av de två förändrar också den annans tillstånd - även över långa avstånd. Information om sådana intrasslade partiklar kan därför också kodas och överföras.

Kvantutsändningsstation i yttre rymden

Emellertid har sådan "strålning" av kvantinformation hittills utförts endast över begränsade avstånd. Det nuvarande rekordet på 144 kilometer fastställdes av fysiker runt Anton Zeilinger från universitetet i Wien. Men han och hans team har ett ännu mer ambitiöst mål: för första gången kommer en kvantkommunikation mellan jordens yta och banan att vara möjlig.

I mitten av 2016 kommer en kinesisk forskningssatellit med en kvantutsändningsstation att lanseras i rymden för experimentet "Quantum Experimental at Space Scale" (QUESS). Den är avsedd att skicka intrasslade ljuspartiklar från jordnära rymden till markstationer i Graz och Wien - och därmed upprätta världens första orbital-planetära kvantnät.

Förberedelserna i Österrike och Kina är i full gång © Lois Lammerhuber

Modell för kranisolerade fjärranslutningar

Å ena sidan hoppas experimentet kunna klargöra om tillståndet för kvant-fysisk inneslutning av fotoner bibehålls över avstånd på mer än 1 000 kilometer. Å andra sidan bör begränsningen med hjälp av vissa protokoll möjliggöra generering och utbyte av kryptografiska nycklar och därmed tillhandahålla en modell för helt pålitliga dataförbindelser över tidigare ouppnåliga avstånd. display

På kinesisk sida är kvantefysiker Jian-Wei Pan involverad i projektet. Hans framgångsrika "strålning" av två egenskaper på samma gång fick honom nyligen genombrottet 2015. Medan han och hans kollegor utvecklade överföringsenheten och satte sina transporter i bana, koncentrerar de österrikiska partnerna på utvecklingen av markstationer.

"Milstolpe på väg till kvantinternet"

Om transporten av den sändande stationen ut i rymden och kvantkommunikationen med jorden var framgångsrik skulle en milstolpe på vägen till säker kvantkryptografi och kvantinternet nås. "Projektet har potential att skapa nya stiftelser, " säger Zeilinger. "Vi talar inte bara om en ny dimension i granskningen av grundläggande kunskaper om kvantfysik, utan också om ett avgörande steg i utvecklingen av kvantinternet."

De mycket känsliga mätanordningarna måste kalibreras tills kvantkommunikation med banan börjar. IQOQI Wien

Med ett kvantnätverk som involverar orbitalstationer som reläer, kan utbytet av säkerhetsnycklar mellan markstationer av vilket avstånd som helst göras till exempel mellan Europa och Kina. Detta är av stor vikt för utvecklingen av kvantinternet för att kunna genomföra kommunikation mellan mycket olika datanoder i världen via satelliter.

Du måste gå utöver gränserna "

Trots den goda förberedelsen är de tekniska utmaningarna enorma: börjar med satellitens höga hastighet, vilket ställer stora krav på spårningsnoggrannheten för sändnings- och mottagarstationerna, till de kosmiska strålarna, som kan påverka de känsliga enheterna ombord på satelliten.

Men Jian-Wei Pan är övertygad om experimentet, för: "Om du vill upptäcka något nytt i fysiken måste du gå utöver tidigare gränser. Och vi vill ta reda på om partiklarnas kvantens fysiska sammansvängning faktiskt kan sträcka sig över alla avstånd. "

(Austrian Academy of Sciences, 18.02.2016 - NPO)