Senden von Quanteninformationen in Form von Qubits (quAntumBits) werden seit Jahren erfolgreich durchgeführt. Das Abfeuern nicht entzifferbarer Pakete von Quantendaten (oder Quantenzuständen) über Photonen kann jedoch die Nachricht verschlechtern, wenn die Photonen durch die dichte Atmosphäre wandern. Außerdem wird die Entfernung zum Übertragen von Daten durch andere Faktoren wie die Erdkrümmung stark behindert. Jetzt haben italienische Wissenschaftler zum ersten Mal erfolgreich einen simulierten Einzelphotonenaustausch zwischen der Erde und einem Satelliten durchgeführt, der in einer Höhe von 1485 km umkreist. Obwohl die Übertragung hier auf der Erde möglicherweise eingeschränkt ist, wird der Einsatz von Satelliten die Reichweite eines solchen Systems erheblich erhöhen und möglicherweise eine Ära der Quantenkommunikation über große Entfernungen mit dem Weltraum einleiten.
Der Hauptvorteil der Quantenkommunikation besteht darin, dass sie absolut sicher vor Hackern ist. In einer Welt der sicherheitsbewussten Informationsübertragung wäre die Möglichkeit, in den Quantenzuständen von Photonen versteckte Informationen zu senden, höchst wünschenswert. Ein großer Nachteil beim Senden codierter Fotos hier auf der Erde ist die Verschlechterung der Daten, da die Photonen von atmosphärischen Partikeln gestreut werden. Der aktuelle Rekord liegt bei 144 km für ein kodiertes Photon, das entlang seiner Sichtlinie wandert, ohne seinen Quantencode zu verlieren. Dieser Abstand kann vergrößert werden, indem codierte Photonen entlang optischer Fasern abgefeuert werden.
Aber was wäre, wenn Sie Satelliten als Knoten verwenden würden, um die codierten Photonen durch den Weltraum zu übertragen? Indem die Photonen gerade nach oben geschossen werden, müssen sie nur 8 km dichte Atmosphäre durchqueren. Genau dies wollten Paolo Villoresi und sein Team am Department of Information Engineering der Universität Padua mit Mitarbeitern anderer Institute in Italien und Österreich erreichen. Tatsächlich haben sie bereits den „Einzelphotonenaustausch“ zwischen einer Bodenstation und dem japanischen experimentellen geodätischen Satelliten getestetAjisaimit einigen guten Ergebnissen.
'Schwache Laserpulse, die von der Bodenstation ausgesendet werden, werden auf einen mit Würfelecken-Retroreflektoren ausgestatteten Satelliten gerichtet. Diese reflektieren einen kleinen Teil des Pulses, wobei durchschnittlich weniger als ein Photon pro Puls zu unserem Empfänger geleitet wird, wie es für die Quantenkommunikation mit schwachen Pulsen erforderlich ist.' - Von ' Experimentelle Überprüfung der Machbarkeit eines Quantenkanals zwischen Weltraum und Erde “, Villoresiet al..
Sie erreichten dieses Kunststück, indem sie die vorhandene erdbasierte Laser-Entfernungstechnologie (am Matera Laser Ranging Observatory, Italien) nutzten, um eine schwache Photonenquelle auf dieAjisai, sphärisch verspiegelter Satellit (oben abgebildet). Als der starke Laser-Entfernungsstrahl den Satelliten lokalisierte, wurde er ausgeschaltet, damit der schwächer codierte Laser Datenimpulse abfeuern konnte. Die beiden Laser könnten leicht vertauscht werden, um sicher zu sein, dass dieAjisaiempfing die Photonen. Nur ein winziger Bruchteil der Pulse wurde zurück am Observatorium empfangen, und statistisch gesehen wurde die Anforderung von weniger als einem Photonenrückfluss pro Laserpuls für die Quantenkommunikation erreicht.
Dies ist der erste Schritt von vielen in Richtung Quantenkommunikation, und er demonstriert keineswegs dieQuantenverschränkungzwischen zwei Photonen (diese Situation wird von einem der Mitarbeiter ausführlich beschrieben in einer separaten Veröffentlichung ) – das wäre nun die ultimative Form der Quantendatenübertragung!
Quelle: arXiv , arXiv-Blog
