A "Mo-Ji" műhold segítségével a kínai, szingapúri és nagy-britanniai fizikusok Nanshan és Delingha városait kötötték össze a leghosszabb, teljes értékű, hackeléstől védett kvantumkommunikációs vonallal.
"Egy kommunikációs műhold segítségével kvantumkulcsot cseréltünk két, egymástól 1120 km-re lévő földi állomás között. Ezt az tette lehetővé, hogy körülbelül négyszeresére növeltük az összegabalyodott fotonok átviteli hatékonyságát, és 0,12 bit/s sebességet értünk el” – írják a kutatók.
A modern kvantumkommunikációs rendszerek működésének egyik fő problémája, hogy a fény fokozatosan "elhalványul", amikor egy optikai szálon áthalad. Ezért a földi adatátviteli rendszerek használatakor a kvantumhálózati csomópontok közötti távolság már csak néhány száz kilométer.
A fizikusok kétféleképpen próbálják megoldani ezt a problémát. Egyrészt megkerülhető úgynevezett kvantumjel-ismétlőkkel – olyan eszközökkel, amelyek képesek a beléjük jutó kvantumjeleket beolvasni, felerősíteni és a címzettnek elküldeni anélkül, hogy az adatok integritását megsértenék.
Másrészt a kvantuminformáció átviteli tartományának növelése nem földi száloptikai kábeleken, hanem kommunikációs műholdakon keresztül történő adatcserével lehetséges. Különösen 2016 szeptemberében a kínai tudósok a Sanghaji Egyetem professzora, Jian-Wei Pan vezetésével elindítottak egy hasonló eszközt - a Mo-Tzi orbitális szondát. Ráadásul sikeresen használták az első "interkontinentális" kvantuminformáció-átviteli munkamenetekhez.
Ezek a kísérletek, amint azt Pan és kollégái megjegyezték, azt mutatták, hogy a titkosított adatok hasonló módon továbbíthatók. A továbbított fotonok száma azonban nem volt elegendő a kapcsolat teljes titkosításához a földi kommunikációs vonalak szabványos protokolljain belül.
Ez annak köszönhető, hogy a "Mo-Tzi" meglehetősen rövid ideig marad a földi állomások "látóterében". Ezalatt időre van szüksége a vezetékes vonalakon átmenő adatok titkosításához szükséges teljes kulcs átvitelére. Ezt kétféleképpen lehet elérni - a már meglévő rendszer hatékonyságának növelése az összegabalyodott fotonok észlelésére, vagy a forrásuk erősebbé tétele.
Pan és munkatársai az első utat választották: növelték a kozmikus kvantumjelek vevőjeként működő földi teleszkópok érzékenységét, valamint új optikai és mechanikai alkatrészeket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik, hogy ezek a műszerek pontosabban célozzák meg a Mo-Tzu-t, és rögzítsék a bonyolultabbakat. fény részecskéi.
Ezekkel a teleszkópokkal a fizikusok állandó kommunikációs csatornát hoztak létre, amely összeköti a kínai Nanshan és Delingha városokat, amelyek egymástól 1120 km-re találhatók. A műholddal folytatott rövid, legfeljebb 285 másodpercig tartó kommunikációs munkameneten belül teljes adattitkosítási kulcsot tud továbbítani. Ez idő alatt a "Mo-Ji" egyszerre látható Nanshanban és Delinghében.
Így, amint azt Pan és kollégái megjegyezték, a tudósok megdöntötték a kvantumkulcsok átviteli távolságának összes létező "földi" rekordját. A múltban a fizikusok ezt csak körülbelül száz kilométeres távolságokon érték el, míg a "Mo-Tzu" tízszeresére tudta növelni ezt az eredményt.
Az adatátvitel sebessége azonban eddig rendkívül alacsony - egy bájtnyi információ átvitele körülbelül másfél percig tart. A tudósok úgy vélik, hogy képesek lesznek több százszorosára felgyorsítani a kvantumkulcsok küldését, ha két nagyságrenddel megnövelik a Mo-Tzu fedélzetén található adó teljesítményét. Ezt már más műholdkísérletek során is megtették.
Ha ez az ötlet sikeres lesz, a fizikusok azt remélik, hogy a kísérleti kvantumműholdakból a "Mo-Tzu"-t a kommunikációs rendszerek olyan kategóriájává alakítja, amely a gyakorlatban is használható egyfajta kozmikus kvantuminternet létrehozására.
Olvassa el még: