Sende kvanteinformasjon i form av qubits (quantum bits) har blitt utført med hell i mange år. Avstanden til overføring av data blir også hardt hindret av andre faktorer som jordens krumning. Nå, for første gang, har italienske forskere gjennomført en vellykket hånlig enkeltfotonutveksling mellom Jorden og en satellitt som går i bane i en høyde av 1485 km. Selv om overføringen kan være begrenset her på jorden, vil bruken av satellitter øke rekkevidden for et slikt system i stor grad, og muligens begynne en æra med kvantekommunikasjon med lang avstand med rom.
Den viktigste fordelen med kvantekommunikasjon er at den er helt sikker fra å bli hacket. I en verden med sikkerhetsbevisst informasjonsoverføring, ville muligheten for å sende informasjon skjult i kvantetilstandene til fotoner være svært ønskelig. En stor ulempe ved å sende kodede bilder her på jorden er nedbrytningen av data ettersom fotonene er spredt av atmosfæriske partikler. Den nåværende rekorden står på 144 km for et kodet foton for å reise langs synslinjen uten å miste sin kvantekode. Denne avstanden kan økes ved å skyte av kodede fotoner langs optiske fibre.
Men hva om du brukte satellitter som noder for å kommunisere de kodede fotonene gjennom verdensrommet? Ved å skyte fotonene rett opp, trenger de bare å reise gjennom 8 km tett atmosfære. Dette er nøyaktig hva Paolo Villoresi og teamet hans ved Institutt for informasjonsteknologi, University of Padova med samarbeidspartnere i andre institutter i Italia og Østerrike håpet å oppnå. Faktisk har de allerede testet “single-foton exchange” mellom en bakkestasjon og den japanske eksperimentelle geodetiske satellitten Ajisai med noen gode resultater.
“Svake laserpulser, avgitt av den bakkebaserte stasjonen, er rettet mot en satellitt utstyrt med kubehjørne retroreflektorer. Disse reflekterer en liten del av pulsen, med et gjennomsnitt på mindre enn ett foton per puls rettet til mottakeren vår, som nødvendig for svak-puls kvantekommunikasjon.”- Fra“ Eksperimentell verifisering av muligheten for en kvantekanal mellom rom og jord ”, Villoresi et al..
De oppnådde denne bragden ved å bruke eksisterende jordbasert laserteknologi (ved Matera Laser Ranging Observatory, Italia) for å rette en svak kilde til fotoner mot Ajisai, sfærisk speilet satellitt (avbildet topp). Da den kraftige laserstrålen siktet satellitten, ble den slått av for å la den svakere kodede laseren brenne data. De to laserne kan enkelt byttes for å være sikre på Ajisai mottok fotonene. Bare en liten brøkdel av pulsen ble mottatt tilbake ved observatoriet, og statistisk sett ble kravet om mindre enn ett fotonretur per laserpuls for kvantekommunikasjon oppnådd.
Dette er det første trinnet for mange mot kvantekommunikasjon, og det demonstrerer på ingen måte kvanteforviklinger mellom to fotoner (denne situasjonen er beskrevet i detalj av en av samarbeidspartnerne i en egen publikasjon) - nå ville det være den ultimate formen for kvantedataoverføring!
Kilde: arXiv, arXiv blogg
