Met zijn 180 graden uitzicht op de aarde en de ruimte is de koepel van het ISS de perfecte plek voor fotografie. Maar Oostenrijkse onderzoekers willen het unieke en panoramische platform gebruiken om de grenzen van 'spookachtige actie op afstand' te testen in de hoop een nieuw kwantumcommunicatienetwerk te creëren.
In een nieuwe studie, gepubliceerd op 9 april 2012 in het New Journal of Physics, stelt een groep Oostenrijkse onderzoekers voor om de camera die al aan boord is van het ISS - de Nikon 400 mm NightPOD-camera - uit te rusten met een optische ontvanger die essentieel zou zijn voor het uitvoeren van de allereerste kwantumoptica-experiment in de ruimte. De NightPOD-camera is gericht op de grond in de koepel en kan gronddoelen tot 70 seconden volgen, waardoor onderzoekers een geheime versleutelingssleutel over langere afstanden kunnen laten stuiteren dan momenteel mogelijk is met glasvezelnetwerken op aarde.
“Gedurende een paar maanden per jaar passeert het ISS vijf tot zes keer achter elkaar in de juiste oriëntatie om onze experimenten te doen. We stellen ons voor om het experiment een hele week op te zetten en daarom meer dan genoeg links naar het ISS beschikbaar te hebben ', zegt co-auteur van de studie, professor Rupert Ursin van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen.
Albert Einstein bedacht voor het eerst de uitdrukking 'spookachtige actie op afstand' tijdens zijn filosofische gevechten met Neils Bohr in de jaren dertig om zijn frustratie te verklaren over de tekortkomingen van de nieuwe theorie genaamd kwantummechanica. Kwantummechanica legt acties uit op de kleinste schalen in het domein van atomen en elementaire deeltjes. Terwijl de klassieke fysica beweging, materie en energie verklaart op het niveau dat we kunnen zien, observeerden 19e-eeuwse wetenschappers verschijnselen in zowel de macro- als de microwereld die niet gemakkelijk konden worden verklaard met behulp van klassieke fysica.
Einstein was met name ontevreden over het idee van verstrikking. Verstrengeling treedt op wanneer twee deeltjes zo diep met elkaar verbonden zijn dat ze hetzelfde bestaan delen; wat betekent dat ze dezelfde wiskundige relaties delen van positie, spin, momentum en polarisatie. Dit kan gebeuren wanneer twee deeltjes op hetzelfde moment en in een bepaalde tijd in de ruimte worden gemaakt. In de loop van de tijd, als de twee deeltjes ver van elkaar gescheiden worden in de ruimte, zelfs door lichtjaren, suggereert de kwantummechanica dat een meting van de ene onmiddellijk de andere zou beïnvloeden. Einstein wees er snel op dat dit de universele snelheidslimiet schond die was vastgelegd in speciale relativiteit. Het was deze paradox die Einstein spookachtige actie noemde.
CERN-natuurkundige John Bell loste dit mysterie in 1964 gedeeltelijk op door het idee van niet-lokale fenomenen te bedenken. Terwijl verstrengeling het mogelijk maakt dat een deeltje onmiddellijk wordt beïnvloed door zijn exacte tegenhanger, gaat de stroom van klassieke informatie niet sneller dan licht.
Het ISS-experiment stelt voor om een "Bell-experiment" te gebruiken om de theoretische tegenstelling tussen voorspellingen in de kwantum- en klassieke fysica te testen. Voor het Bell-experiment zouden op de grond een paar verstrengelde fotonen worden gegenereerd; de ene zou van het grondstation naar de aangepaste camera aan boord van het ISS worden gestuurd, terwijl de andere lokaal op de grond zou worden gemeten voor latere vergelijking. Tot nu toe stuurden onderzoekers een geheime sleutel naar ontvangers op slechts een paar honderd kilometer afstand van elkaar.
“Volgens de kwantumfysica is verstrengeling onafhankelijk van afstand. Ons voorgestelde Bell-type experiment zal voor het eerst in een experiment aantonen dat deeltjes over grote afstanden - ongeveer 500 km - verstrikt raken ”, zegt Ursin. "Onze experimenten zullen ons ook in staat stellen potentiële effecten te testen die de zwaartekracht kan hebben op quantumverstrengeling."
De onderzoekers wijzen erop dat het maken van een kleine wijziging aan een camera die al aan boord van het ISS is, tijd en geld zal besparen om een reeks satellieten te bouwen om de ideeën van onderzoekers te testen.
