Senden von Quanteninformationen in Form von Qubits (quAntum Bits) werden seit Jahren erfolgreich durchgeführt. Auch die Entfernung der Datenübertragung wird durch andere Faktoren wie die Erdkrümmung stark behindert. Jetzt haben italienische Wissenschaftler zum ersten Mal einen erfolgreichen Schein-Einzelphotonen-Austausch 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 die Verwendung 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 Hackerangriffen ist. In einer Welt der sicherheitsbewussten Informationsübertragung wäre die Möglichkeit, Informationen zu senden, die in den Quantenzuständen von Photonen verborgen sind, äußerst wünschenswert. Ein Hauptnachteil des Sendens 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, damit sich ein codiertes Photon entlang seiner Sichtlinie bewegt, 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 Raum zu kommunizieren? Wenn die Photonen direkt nach oben geschossen werden, müssen sie nur 8 km dichte Atmosphäre durchqueren. Genau das wollten Paolo Villoresi und sein Team am Institut für Informationstechnik 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 getestet Ajisai mit einigen guten Ergebnissen.
“Schwache Laserpulse, die von der Bodenstation ausgesendet werden, werden auf einen Satelliten gerichtet, der mit Würfelecken-Retroreflektoren ausgestattet ist. Diese reflektieren einen kleinen Teil des Impulses, wobei ein Durchschnitt von weniger als einem Photon pro Impuls auf unseren Empfänger gerichtet ist, wie dies für die Quantenkommunikation mit schwachen Impulsen erforderlich ist."- Aus" Experimentelle Überprüfung der Machbarkeit eines Quantenkanals zwischen Weltraum und Erde ", Villoresi et al..
Sie erreichten dieses Kunststück, indem sie die vorhandene erdbasierte Laserentfernungstechnologie (am Matera Laser Ranging Observatory, Italien) verwendeten, um eine schwache Photonenquelle auf die zu lenken Ajisai, sphärisch gespiegelter Satellit (oben abgebildet). Als der leistungsstarke Laser-Entfernungsstrahl den Satelliten lokalisierte, wurde er ausgeschaltet, damit der schwächere codierte Laser Datenimpulse abfeuern konnte. Die beiden Laser konnten leicht umgeschaltet werden, um sicherzugehen, dass die Ajisai empfing die Photonen. Nur ein winziger Bruchteil der Impulse wurde am Observatorium empfangen, und statistisch gesehen wurde die Anforderung von weniger als einer Photonenrückgabe pro Laserpuls für die Quantenkommunikation erreicht.
Dies ist der erste Schritt von vielen in Richtung Quantenkommunikation, und er demonstriert keineswegs das Quantenverschränkung zwischen zwei Photonen (diese Situation wird von einem der Mitarbeiter in einer separaten Veröffentlichung ausführlich beschrieben) - das wäre nun die ultimative Form der Quantendatenübertragung!
Quelle: arXiv, arXiv-Blog
