Kevesebb mint egy éve küldte fel Kína az űrbe a világ első kvantumkommunikációs műholdját, amellyel azóta összefonódott fotonokat is sikerült küldeniük a földi állomásokra. Az eredmény az első lépést jelentheti egy világszintű, rendkívül biztonságos kvantumkommunikációs hálózat létrehozása felé, mondja Anton Zeilinger, a Bécsi Egyetem kvantumfizikusa.

A kvantumhálózatok létrehozásának egyik alapvető lépése, hogy összefonódott fotonokat kell eljuttatni a kommunikációs feleknek. A kvantum-összefonódás lényege, hogy két részecske egymástól való távolságuktól függetlenül szorosan összefüggő rendszert alkot, és ebben bármelyik alkotóelem megváltoztatása azonnali befolyással van a másik elem állapotára is. Az összefonódott párok egymástól való eltávolítása így lehetőséget adhat arra, hogy azonnali kommunikáció valósuljon meg két távoli pont között.

Kínai kutatók tavaly 404 kilométernyire távolították el egymástól egy összefonódott fotonpár tagjait, amihez magas minőségű optikai szálat használtak. Az új, műholdas kísérlet során, amelyre a QUESS nevű program keretében került sor, ennek a távolságnak közel háromszorosát sikerült megvalósítani: az űreszközről két, egymástól 1203 kilométerre található földi állomásra juttattak el összefonódott fotonokat.

A 14 év kutatómunkáját megkoronázó eredmény elérése során először is azt kellett biztosítani, hogy az összefonódott fotonok majdani forrása, egy prizmákból és lézerekből álló rendszer épségben átvészelje a kilövést. Majd azt is el kellett érni, hogy a fotonok ne vesszenek el a sűrű és kaotikus alsó légkörben való utazásuk során. A műholdat végül több földi teszt után tavaly augusztusban lőtték fel, és az rövidesen 500 kilométer magasságú pályára állt.

Az űreszköz minden éjjel ugyanazon útvonalon halad át Kína fölött, megkönnyítve a földi állomásoknak, hogy pontosan kövessék útját, és elcsíphessék a küldött fotonokat. Ez volt ugyanis a kísérlet harmadik nagy kihívása: a 8 km/s sebességgel száguldó műhold követése. A feladatot három optikai távcső kapta, amelyek adaptív optikájukkal folyamatosan figyelték a légköri zavarokat, hogy kiszűrjék ezek, valamint a Hold és a városi fények zaját, hogy így a lehető legzavartalanabb optikai kapcsolatot biztosítsák a műholddal.

Az űreszköz minden éjjel 275 másodpercre tűnt fel Kína felett, és ez idő alatt kellett a három közül két állomással egyszerre kapcsolatot létesítenie. A műhold révén másodpercenként 6 millió fotonpárt tudtak kiküldeni, amiből nagyjából egy érte el a épségben a földi detektorokat.

Bár ez a szintű adatátvitel még túl gyenge ahhoz, hogy praktikus célokra lehessen használni, így is billiószor hatékonyabb, mintha a létező legjobb optikai szálakon keresztül próbálnának meg hasonló távolságba összefonódott fotonokat küldeni, hangsúlyozzák a szakértők. A QUESS következő öt évében viszont már ténylegesen használható kvantumkommunikációs műholdak fellövésére is sor kerülhet.

Ami a közvetlen folytatást illeti, a következő lépés a nappali üzemmód tesztelése lesz, amikor a Nap miatt sokkal nagyobb fényszennyezéssel kell számolni a légkörben. Ehhez egyúttal magasabban keringő műholdakra is lesz szükség, amelyek hosszabb ideig látszódnak a Föld egy-egy pontjáról.