Quantuminformatie verzenden in de vorm van qubits (quantum stukjes) worden al jaren met succes uitgevoerd. Ook wordt de afstand van het verzenden van gegevens ernstig belemmerd door andere factoren zoals de kromming van de aarde. Nu hebben Italiaanse wetenschappers voor het eerst een geslaagde mock-uitwisseling van enkele fotonen uitgevoerd tussen de aarde en een satelliet die op een hoogte van 1485 km draait. Hoewel de transmissie hier op aarde mogelijk wordt beperkt, zal het gebruik van satellieten het bereik van een dergelijk systeem aanzienlijk vergroten, waardoor mogelijk een tijdperk van kwantumcommunicatie over lange afstand met de ruimte begint.
Het belangrijkste voordeel van kwantumcommunicatie is dat het perfect beveiligd is tegen hacking. In een wereld van veiligheidsbewuste informatieoverdracht zou de mogelijkheid om informatie te verzenden die verborgen is in de kwantumtoestanden van fotonen zeer wenselijk zijn. Een groot nadeel van het verzenden van gecodeerde foto's hier op aarde is de degradatie van gegevens omdat de fotonen worden verstrooid door atmosferische deeltjes. Het huidige record staat op 144 km voor een gecodeerd foton dat langs zijn gezichtslijn reist zonder zijn kwantumcode te verliezen. Die afstand kan worden vergroot door gecodeerde fotonen langs optische vezels te schieten.
Maar wat als u satellieten als knooppunten gebruikte om de gecodeerde fotonen door de ruimte te communiceren? Door de fotonen recht omhoog te schieten, hoeven ze slechts door 8 km dichte atmosfeer te reizen. Dit is precies wat Paolo Villoresi en zijn team van de afdeling Information Engineering, University of Padova met medewerkers van andere instituten in Italië en Oostenrijk hoopten te bereiken. In feite hebben ze de "uitwisseling van enkele fotonen" tussen een grondstation en de Japanse experimentele geodetische satelliet al getest Ajisai met een aantal goede resultaten.
“Zwakke laserpulsen, uitgezonden door het grondstation, worden gericht op een satelliet uitgerust met retroreflectoren met kubushoek. Deze reflecteren een klein deel van de puls, met een gemiddelde van minder dan één foton per puls gericht op onze ontvanger, zoals vereist voor de zwakke-pulskwantumcommunicatie.”- Uit“ Experimentele verificatie van de haalbaarheid van een kwantumkanaal tussen ruimte en aarde “, Villoresi et al..
Ze bereikten deze prestatie door gebruik te maken van bestaande op aarde gebaseerde laserafstandstechnologie (bij de Matera Laser Ranging Observatory, Italië) om een zwakke bron van fotonen naar de Ajisai, sferische gespiegelde satelliet (afgebeelde top). Terwijl de krachtige laserstraal de satelliet bepaalde, werd deze uitgeschakeld om de zwakkere gecodeerde laser in staat te stellen gegevenspulsen af te vuren. De twee lasers kunnen gemakkelijk worden verwisseld om er zeker van te zijn dat Ajisai ontving de fotonen. Slechts een klein deel van de pulsen werd terug ontvangen op het observatorium en, statistisch gezien, werd de vereiste van minder dan één fotonretour per laserpuls voor kwantumcommunicatie bereikt.
Dit is de eerste stap van velen naar kwantumcommunicatie, en het bewijst geenszins de kwantumverstrengeling tussen twee fotonen (deze situatie wordt gedetailleerd beschreven door een van de medewerkers in een afzonderlijke publicatie) - dat zou nu de ultieme vorm van kwantumdatatransmissie zijn!
Bron: arXiv, arXiv-blog
