Satelitul cuantic sparge recordul de încurcătură

Particulele de lumină născute în spațiu au conectat două orașe printr-o legătură cuantică de aproximativ 10 ori mai lungă decât orice creată anterior.

Un satelit de comunicații cuantice a transmis fotoni către Pământ, separându-i cu mai mult de 1.200 de kilometri. Isprava a arătat că particulele de lumină pot păstra un tip ciudat de interconexiune, cunoscut sub numele de încurcătură cuantică, chiar și atunci când sunt aruncate la capetele opuse ale unei țări, raportează cercetătorii din China în 16 iunie. Ştiinţă. Recordul anterior de distanță a fost de aproximativ 100 de kilometri (SN: 30.06.12, str. 10). Lansat în 2016, satelitul unic pune bazele unei rețele spațiale de comunicații cuantice.

„Este o realizare uriașă pentru încrucișarea cuantică și știința cuantică”, spune fizicianul Thomas Jennewein de la Universitatea Waterloo din Canada.

Oamenii de știință au transmis anterior fotoni către un satelit și înapoi (SN Online: 6/5/16), dar acele particule nu au fost încurcate. Până acum, nimeni nu a distribuit particule încâlcite din spațiu. „China ocupă acum în mod clar liderul mondial în acest domeniu al comunicării cuantice”, spune Jennewein.

Este de așteptat ca tehnica să aibă aplicații tehnologice majore. „Acest experiment este cu adevărat important pentru dezvoltarea unui viitor internet cuantic”, spune Anton Zeilinger, fizician la Universitatea din Viena. O astfel de rețea ar permite comunicații ultrasecurizate și ar putea conecta computere cuantice de pe tot globul (SN: 15.10.16, str. 13).

O legătură eterică între două particule, încurcarea este ingredientul cel mai esențial al unei rețele cuantice. Particulele încurcate nu pot fi descrise independent; în schimb, ele formează o singură unitate, chiar și atunci când sunt separate de distanțe mari. Măsurarea unei particule încurcate dezvăluie imediat starea celeilalte. Pentru a realiza comunicarea cuantică, oamenii de știință trimit fotoni încâlciți din loc în loc. Dar fotonii pot călători doar atât de departe prin aer sau prin fibre optice înainte ca materialul să absoarbă particulele, limitând distanța pe care este posibilă comunicarea. În golul spațiului, însă, fotonii pot călători mult mai departe.

Folosind satelitul, numit Micius după un filozof chinez antic, cercetătorii au transmis perechi de fotoni împletite în orașele Delingha din nordul Chinei și Lijiang din sudul Chinei. Acolo, telescoapele îndreptate spre satelit au detectat particulele. Pentru a confirma că particulele au fost încurcate și că calitățile ciudate ale mecanicii cuantice au fost păstrate, cercetătorii au folosit perechile de fotoni pentru a efectua un test Bell (SN: 19.09.15, str. 12), care analizează corelațiile dintre cele două particule. Testul a reconfirmat fizica ciudată a super-micului, la o distanță mai mare decât oricând.

Pentru a efectua experimentul, cercetătorii au trebuit să-și actualizeze echipamentul cuantic pentru a-l face să funcționeze în spațiu. Această realizare tehnologică este uimitoare, spune fizicianul Harald Weinfurter de la Ludwig-Maximilians-Universität din München. „Este un pas uriaș de la experimentele de laborator la echipamente care funcționează cu adevărat pe un satelit”, spune el. În spațiu, componentele sensibile trebuie să facă față unor condiții inospitaliere, cum ar fi temperaturile fluctuante și vibrațiile. În plus, pentru a se potrivi pe satelit, întregul pachet trebuie să fie mic și ușor.

Detectarea fotonilor este, de asemenea, descurajantă. Laserele cu baliză i-au ajutat pe cercetători să orienteze telescoapele de la sol în direcția corectă pentru a capta fotonii, în timp ce satelitul a trecut, la 500 de kilometri deasupra suprafeței Pământului. Precizia pe care au obținut-o cercetătorii este ca și cum ar fi localizat un păr uman pe pământ din vârful Turnului Eiffel.

În viitor, sugerează cercetătorii, încrucișarea cuantică va fi o resursă importantă pentru comunicarea pe tot globul. „Astăzi plătim facturile: facturi la electricitate, facturi la apă”, spune coautorul Chao-Yang Lu, fizician la Universitatea de Știință și Tehnologie din China din Hefei. Având în vedere că încrucișarea cuantică este o astfel de cerință de bază a comunicării cuantice, „poate că într-o zi va trebui să plătim niște facturi de încrucișare”.