Διαστημικές κβαντικές επικοινωνίες. First quantum transmission sent through space

Having some quantum reflections (Image: David Ducros/Science Photo Library).

Το ενδιαφέρον για αυξημένη ασφάλεια στις τηλεπικοινωνίες έχει γίνει πολύ πιο έντονο στον απόηχο των αποκαλύψεων της υπόθεσης Σνόουντεν- και ένας από τους τομείς που συγκεντρώνουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι αυτός των κβαντικών επικοινωνιών. Η μετάδοση κρυπτογραφικών «κλειδιών» μέσω κβαντικών links παρέχει εξαιρετικά υψηλά επίπεδα ασφαλείας, καθώς κάθε απόπειρα υποκλοπής γίνεται αντιληπτή.

Η συγκεκριμένη τεχνολογία υπάρχει ήδη για χρήση με καλώδια οπτικών ινών, ωστόσο ένα πραγματικά παγκόσμιο δίκτυο θα προϋπέθετε τη χρήση δορυφόρων, που θα μετέδιδαν δεδομένα μεταξύ απομακρυσμένων περιοχών. Όπως αναφέρεται σε δημοσίευμα του New Scientist, για να δοκιμάσουν πώς θα λειτουργούσε κάτι τέτοιο, ο Πάολο Βιλορέσι (Πανεπιστήμιο της Πάντουα, Ιταλία) και η ομάδα του στράφηκαν σε δορυφόρους οι οποίοι είναι καλυμμένοι με καθρέφτες εξαιρετικά υψηλής ανακλαστικότητας, οι οποίοι χρησιμοποιούνται κανονικά για την ανάκλαση ακτίνων λέιζερ στη Γη.

The Matera Laser Ranging Observatory (MLRO) at the Space Geodesy Center "G. Colombo", Matera, Italy (2010).

Στο πλαίσιο του πειράματος, η ομάδα – η οποία το 2007 είχε στείλει ακτίνα φωτός στο Διάστημα μέσω του MLRO (Matera Laser Ranging Observatory) και ανιχνεύσει φωτόνια που είχαν «χτυπήσει» στον ιαπωνικό δορυφόρο Ajisai- ετοίμασε φωτόνια σε τέσσερις διαφορετικές κβαντικές καταστάσεις (το ελάχιστο δυνατόν που απαιτείται για τη δημιουργία κρυπτογραφικού «κλειδιού») και τα έστειλαν στο Διάστημα μέσω του MLRO.

Sketch of the experiment showing the Matera Laser Ranging Observatory telescope and the Ajisai laser-ranging satellite. QWP: Quarter-wave plate. PBS: Polarizing beam splitter.

Στην συνέχεια οι ερευνητές ήταν σε θέση να λάβουν κβαντικά bits πληροφοριών (qubits), τα οποία είχαν ανακλαστεί από πέντε δορυφόρους, σε ύψος 2.600 χιλιομέτρων- κάτι που, σύμφωνα με το New Scientist, αποτελεί σπάσιμο του προηγούμενου ρεκόρ μετάδοσης κβαντικής πληροφορίας (144 χιλιόμετρα, μεταξύ δύο τοποθεσιών στη Γη).

Το παρατηρητήριο λειτούργησε τόσο σαν πομπός όσο και ως δέκτης. Αν και το μήνυμα που εστάλη δεν ήταν κρυπτογραφημένο, θεωρείται ότι τα φωτόνια θα μπορούσαν να είχαν χρησιμοποιηθεί για την κρυπτογράφηση ενός bit δεδομένων ανά δευτερόλεπτο. Ωστόσο, είναι μακρύς ο δρόμος ακόμα μέχρι την εμφάνιση πρακτικών κβαντικών δορυφορικών επικοινωνιών, καθώς το φως μεταδίδεται ευκολότερα μέσω καλωδίων οπτικής ίνας από ό,τι μέσω του αέρα, οπότε και οι «επίγειες» εκδόσεις της συγκεκριμένης τεχνολογίας επιτρέπουν πολύ ταχύτερους ρυθμούς κρυπτογράφησης.

Which way is up? (Image: Orbital Sciences Corporation).

Όπως αναφέρεται στο δημοσίευμα, ο Ρούπερτ Ούρισν, του Ιnstitut für Quantenoptik und Quanteninformation (Βιέννη), επεσήμανε ότι η ομάδα του Βιλορέσι έστειλε τα qubits σε τέσσερις εκπομπές, δεκάδες δευτερόλεπτα η μία από την άλλη- κάτι που σημαίνει ότι δεν ανιχνεύτηκαν και οι τέσσερις κβαντικές καταστάσεις ταυτόχρονα, που είναι απαραίτητο για έναν τέτοιο δορυφόρο.

Αντίστοιχα, ο Τζιαν Γουέι Παν του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας (Χεφέι) σημείωσε ότι πολλά φωτόνια χάθηκαν κατά τις μεταδόσεις, οπότε και τίθεται το θέμα του κατά πόσον το σήμα θα ήταν επαρκώς ισχυρό για τη μετάδοση ενός πλήρους κβαντικού «κλειδιού». Ωστόσο και οι δύο τόνισαν ότι η δουλειά της ομάδας δείχνει ότι η εν λόγω τεχνολογία βρίσκεται πλέον κοντά.

Read more:  www.newscientist.com – http://arxiv.org/abs/1406.4051