rozwiń ›

Jak dziś działa komunikacja kwantowa z kosmosu?

Obecnie satelity kwantowe działają w dość jednostronny sposób. W przestrzeni kosmicznej wytwarzają one splątane cząstki światła (fotony), a następnie wysyłają je w dół — do dwóch oddalonych od siebie stacji naziemnych. Taki proces, zwany downlinkiem, pozwala na tworzenie wyjątkowo bezpiecznych kluczy szyfrujących, praktycznie niemożliwych do podsłuchania.

Reklama

Rozwiązanie to ma jednak ograniczenia. Satelity mają niewielkie zasoby energii, są trudne w naprawie i nie są w stanie generować bardzo silnych sygnałów. To poważna bariera, jeśli myślimy o komunikacji kwantowej nie tylko do szyfrowania, ale także do łączenia komputerów kwantowych.

Odwrócenie logiki: sygnał wysyłany w górę

Zespół badaczy z Australii zaproponował coś, co wcześniej uznawano za niewykonalne: tworzenie splątanych fotonów na Ziemi i wysyłanie ich w górę do satelity (uplink).

Dlaczego wcześniej nikt nie traktował tego pomysłu poważnie? Obawiano się ogromnych strat sygnału, zakłóceń atmosferycznych, rozpraszania światła oraz trudności z idealnym zsynchronizowaniem cząstek, które muszą spotkać się na orbicie z niezwykłą precyzją.

Jak obrazowo opisuje profesor Simon Devitt, jeden z autorów badania:

Reklama

To tak, jakby wystrzelić pojedyncze cząstki światła z dwóch różnych miejsc na Ziemi i sprawić, by spotkały się idealnie na satelicie krążącym 500 km nad powierzchnią planety, poruszającym się z prędkością 20 tysięcy km/h.

Modelowanie zamiast marzeń

Zaskoczenie przyszło wraz z wynikami symulacji. Naukowcy uwzględnili realne warunki: światło tła z miast, odbicia promieni słonecznych od Księżyca, turbulencje atmosferyczne oraz niedoskonałości systemów optycznych. Mimo to okazało się, że uplink jest możliwy.

Co więcej, takie podejście ma istotne zalety:

  • stacje naziemne mogą korzystać z dużo większej mocy,
  • są tańsze i łatwiejsze w utrzymaniu niż satelity,
  • mogą generować znacznie silniejsze sygnały kwantowe.

Satelita pełniłby w tym modelu głównie rolę „inteligentnego lustra” — niewielkiego odbiornika optycznego, który łączy nadchodzące fotony i przekazuje wynik pomiaru dalej.

Krok w stronę internetu kwantowego

To szczególnie ważne w kontekście internetu kwantowego — globalnej sieci łączącej komputery kwantowe. W przeciwieństwie do dzisiejszych zastosowań kryptograficznych wymaga on znacznie większej liczby fotonów, a więc ogromnej przepustowości.

Metoda uplinku może tę przepustowość zapewnić, bez konieczności budowania dużych i drogich satelitów kwantowych. Badacze sugerują, że pierwsze testy mogłyby odbyć się już w najbliższych latach, z wykorzystaniem dronów lub balonów stratosferycznych, zanim technologia trafi na orbitę.

Splątanie jak prąd w gniazdku?

Profesor Devitt porównuje przyszłość splątania kwantowego do… elektryczności.

Nie zastanawiamy się dziś, skąd dokładnie pochodzi prąd — po prostu podłączamy urządzenie do gniazdka. Podobnie w przyszłości urządzenia kwantowe będą „wpinane” w sieć splątania, korzystając z niej w tle, często zupełnie niewidocznie dla użytkownika.

Mały krok dla satelity, duży dla technologii

Historia komunikacji kwantowej już raz pokazała, że odważne pomysły mogą stać się rzeczywistością — jak chiński satelita Micius czy rekordowe połączenie kwantowe między Chinami a Afryką. Nowa koncepcja uplinku może być kolejnym przełomem, który przybliży nas do globalnej, bezpiecznej i ultraszybkiej sieci przyszłości.

I być może za kilkanaście lat „kwantowy internet” będzie dla nas równie oczywisty, jak Wi-Fi jest dziś.

Źródło: University of Technology Sydney