ดาวเทียมจีนได้แยก "โฟตอนพันกัน" ออกเป็นคู่และส่งไปยังสถานีภาคพื้นดินแยกกันห่างกัน 745 ไมล์ (1,200 กิโลเมตร) ทำลายสถิติระยะทางก่อนหน้าสำหรับความสำเร็จและเปิดโอกาสใหม่ ๆ ในการสื่อสารควอนตัม
ในฟิสิกส์ควอนตัมเมื่ออนุภาคมีปฏิกิริยาซึ่งกันและกันในบางรูปแบบพวกมันจะกลายเป็น "พันกัน" นี่หมายถึงว่าพวกเขายังคงเชื่อมต่ออยู่แม้ว่าจะอยู่ในระยะห่างที่ห่างกันมาก
ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ออนไลน์วันนี้ (15 มิถุนายน) ในวารสาร Science นักวิจัยรายงานว่าการกระจายโฟตอนคู่ที่ประสบความสำเร็จไปยังสองตำแหน่งบนโลกแยกจากกันด้วยระยะทาง 747.5 ไมล์ (1,203 กม.)
ควอนตัมพัวพันมีแอพพลิเคชั่นที่น่าสนใจสำหรับทดสอบกฎหมายพื้นฐานของฟิสิกส์ แต่สำหรับการสร้างระบบการสื่อสารที่ปลอดภัยเป็นพิเศษนักวิทยาศาสตร์กล่าว นั่นเป็นเพราะกลศาสตร์ควอนตัมกล่าวว่าการวัดระบบควอนตัมรบกวนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ดังนั้นความพยายามใด ๆ ที่จะดักฟังเป็นไปไม่ได้ที่จะซ่อน
แต่มันยากที่จะกระจายอนุภาคที่พันกันยุ่ง - ปกติโฟตอน - ในระยะทางไกล เมื่อเดินทางผ่านอากาศหรือผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสภาพแวดล้อมจะรบกวนอนุภาคดังนั้นระยะทางที่มากขึ้นสัญญาณจะสลายตัวและอ่อนแอเกินกว่าจะเป็นประโยชน์
ในปี 2003 Pan Jianwei ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ควอนตัมที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของจีนเริ่มทำงานกับระบบดาวเทียมที่ออกแบบมาเพื่อส่งลำแสงโฟตอนจับคู่ลงไปยังสถานีภาคพื้นดิน แนวคิดก็คือเนื่องจากการเดินทางส่วนใหญ่ของอนุภาคจะผ่านสุญญากาศของอวกาศระบบนี้จะแนะนำการรบกวนทางสิ่งแวดล้อมน้อยกว่ามาก
“ หลายคนคิดว่ามันเป็นความคิดที่บ้าคลั่งเพราะมันเป็นสิ่งที่ท้าทายมากแล้วในการทำการทดลองเชิงควอนตัมเชิงแสงที่มีความซับซ้อนภายในโต๊ะออพติคอลที่มีการป้องกันที่ดี” Pan บอกกับ Live Science "ดังนั้นคุณจะทำการทดลองที่คล้ายกันในระดับระยะทางพันกิโลเมตรได้อย่างไรและด้วยองค์ประกอบทางแสงที่สั่นสะเทือนและเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 8 กิโลเมตรต่อวินาที"
ในการศึกษาใหม่นักวิจัยใช้ดาวเทียมไมโครเซียสของจีนซึ่งเปิดตัวเมื่อปีที่แล้วเพื่อส่งสัญญาณโฟตอนคู่ที่ยุ่งเหยิง ดาวเทียมมีแหล่งกำเนิดโฟตอนที่มีความบางเป็นพิเศษและระบบการรับ, การชี้และการติดตาม (APT) ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งใช้เลเซอร์บีคอนบนดาวเทียมและที่สถานีภาคพื้นดินสามแห่งเพื่อจัดเรียงเครื่องส่งสัญญาณและตัวรับสัญญาณ
เมื่อโฟตอนมาถึงสถานีภาคพื้นดินนักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดสอบและยืนยันว่าอนุภาคยังคงเกาะติดอยู่แม้จะมีการเดินทางระหว่าง 994 ไมล์และ 1,490 ไมล์ (1,600 และ 2,400 กิโลเมตร) ขึ้นอยู่กับระยะการโคจรของดาวเทียมที่อยู่ในตำแหน่งใด
นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเพียง 6 ไมล์ (10 กม.) ที่น้อยที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลกนั้นหนาพอที่จะก่อให้เกิดการรบกวนกับโฟตอนได้ ซึ่งหมายความว่าประสิทธิภาพโดยรวมของการเชื่อมโยงของพวกเขานั้นสูงกว่าวิธีการก่อนหน้านี้อย่างมากสำหรับการกระจายโฟตอนที่พันกันผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสงตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าว
“ เราได้บรรลุประสิทธิภาพการกระจายพัวพันสองโฟตอนล้านล้านครั้งมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้เส้นใยโทรคมนาคมที่ดีที่สุด” แพนกล่าว "เราได้ทำบางสิ่งที่เป็นไปไม่ได้อย่างแน่นอนหากไม่มีดาวเทียม
นอกเหนือจากการทำการทดลองหนึ่งในศักยภาพที่ใช้สำหรับระบบนี้คือ "การแจกแจงคีย์ควอนตัม" ซึ่งระบบการสื่อสารควอนตัมที่ใช้ในการแบ่งปันคีย์การเข้ารหัสระหว่างสองฝ่ายที่ไม่สามารถสกัดกั้นได้โดยไม่ต้องแจ้งเตือนผู้ใช้ เมื่อรวมกับอัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ถูกต้องระบบนี้จะไม่สามารถตรวจสอบได้แม้ว่าข้อความที่เข้ารหัสจะถูกส่งผ่านช่องทางการสื่อสารปกติผู้เชี่ยวชาญได้กล่าว
Artur Ekert ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ควอนตัมแห่งมหาวิทยาลัยอ๊อกซฟอร์ดในสหราชอาณาจักรเป็นคนแรกที่อธิบายว่าโฟตอนที่พันกันสามารถใช้ในการส่งคีย์เข้ารหัสได้อย่างไร
“ การทดลองภาษาจีนค่อนข้างประสบความสำเร็จทางเทคโนโลยีที่น่าทึ่ง” Ekert กล่าวกับ Live Science "เมื่อฉันเสนอการแจกแจงคีย์ควอนตัมแบบอิงพันกันเมื่อปีพ. ศ. 2534 เมื่อฉันเป็นนักเรียนในอ๊อกซฟอร์ดฉันไม่ได้คาดหวังว่ามันจะยกระดับให้สูงที่สุด!"
ดาวเทียมปัจจุบันยังไม่พร้อมที่จะใช้ในระบบสื่อสารควอนตัมที่ใช้งานได้จริง สำหรับหนึ่งวงโคจรที่ค่อนข้างต่ำหมายความว่าแต่ละสถานีภาคพื้นดินมีการรายงานข่าวประมาณ 5 นาทีต่อวันและความยาวคลื่นของโฟตอนที่ใช้หมายความว่ามันสามารถทำงานได้ในเวลากลางคืนเท่านั้นเขากล่าว
การเพิ่มช่วงเวลาและพื้นที่ครอบคลุมจะหมายถึงการเปิดตัวดาวเทียมใหม่ที่มีวงโคจรที่สูงขึ้นแพนกล่าว แต่จะต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ขึ้นการติดตามที่แม่นยำยิ่งขึ้นและประสิทธิภาพการเชื่อมโยงที่สูงขึ้น การดำเนินการในเวลากลางวันจะต้องใช้โฟตอนในช่วงคลื่นโทรคมนาคม
แต่ในขณะที่การพัฒนาเครือข่ายการสื่อสารควอนตัมในอนาคตจะต้องใช้งานจำนวนมากโทมัสเจนนิวรองศาสตราจารย์ของสถาบันการคำนวณควอนตัมของมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูในแคนาดากล่าวว่ากลุ่มของแพนแสดงให้เห็นถึงหนึ่งในหน่วยการสร้าง
"ฉันทำงานในสายการวิจัยนี้มาตั้งแต่ปี 2000 และได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการทดลองเชิงปริมาณที่คล้ายกันจากอวกาศดังนั้นฉันจึงสามารถยืนยันได้ถึงความกล้าหาญความทุ่มเทและทักษะที่กลุ่มชาวจีนกลุ่มนี้แสดง" .
