Kvantumkommunikáció kerül a világűrbe
A tervezés már a végső stádiumban van Kanadában, Japánban és az Európai Unióban. Ezek a műholdak tökéletesen tudnának digitális kódolású jeleket továbbítani olyan rendkívül érdekes fizikai jelenségek segítségével, mint amilyen a kvantumösszefonódás – ez abban áll, hogy a két összefonódott részecske elvbn akár fényévek távolságában is hat a másikra, így képes digitális jeleket továbbítani.
Raymond LaFlamme, az Ontáriói University of Waterloo Kvantumszámítási Intézetének igazgatója rámutat: amennyiben sikerül ezeket a kvantumkommunikációs eszközöket összehangolni és egy globális hálózatba illeszteni, az egyrészt nagyon megdobná az információátviteli sebességeket, másrészt egyből észlelik, ha egy illetéktelen személy hozzá próbál férni az adathoz, így tudják, mit kell jobban kódolniuk.
Az Európai Űrügynökség már egy világűrbeli tesztről tárgyal partnereivel: a nemzetközi Űrállomással kommunikálnának így. A kutatők február 19-én Vancouverben gyűltek össze megtárgyalni az elképzeléseket.
két módszer van arra, hogy egy ilyen kvantum jelet továbbítsanak. Az első, ami Artur Ekert 1991-es tevékenységéhez fűződik, információt kódolt egy összefont fény részecskepár (fotonok) közt, amiből az egyik egy földi bázison van, a másik egy másik bázison. Amikor az egyik állomás eddig ismeretlen állapotot mér, a másik állomás ugyanazt az állapotot tapasztalja.
Amennyiben egy jogtalan felhasználó, egy hacker elcsípne egy fotont, ami egy kvantum kulcs részét képezi, cselekedete beleszól a fotontól elvárt viselkedésbe – azaz hibás jelekhez vezet, így pedig nem csak azonnal felismerhető a hacker kísérlet, hanem a felismert hibák kidobásával még mindig generálható egy kulcs, amivel a helyes jelentés megfejthető.
A műholdak szerepe az lenne, hogy összefonódásban levő fotonokat juttatnak a földi bázisokra. Emellet a műhold generálná a kód kulcsát is, ameddig a két foton el nem ér a kívánt helyére.
A másik kvantum kulcs módszert Charles H. Bennett és Gilles Brassard találta ki 1984-ben. Ez egy véletlenszerű kód generáló: az “Amy” földi bázis kiküldhet egy véletlenszerű számokból álló kulcsot amit olyan fény alapján dobnak össze, ami olyan fotonokból áll, amik mind két lehetséges állapotból az egyikben vannak. A másik fölfi bázis, “Gary” nem ismeri a fotonok állapotát, egyszerűen csak regisztrál minden bejövő adatot – a “hamis” adatokat és a “jó”-kat egyaránt. Ezután Gary nyíltan elmondhatja, melyik alapot használta a méréskor (így maguk a számok nem is kerülnek kiadásra), Amy pedig elmondja, hogy Garynek az övéket használta-e vagy sem. Így egy véletlenszerű kódolásban tudnak megegyezni.
Amikor egy hacker megkísérel hozzájutni az adatokhoz, és a foton “rossz” állapotára tippel, az interferencia megváltoztatja a fotont és Gary méréseiben hibák keletkeznek. Ha Amy és Gary a vártnál nagyobb hibaszázalékot tapasztal, egyszerűen elvetik a megtámadott kulcsot, és újra próbálkoznak. Egys biztonsági társaságok már most is kínálják ezt a második módszert klienseiknek.
A mai kvantum kulcsok azonban egyelőre csak optikai kábelekben utaznak – olyanokban, mint az internet vagy a televízió kábelei. Ez nagyjából 100 km-re limitálja az egyszeri hatósugarat, utána a foton elnyelődik. A kutatók a következő lépést akarják elérni – lézerekkel akarják a fotonokat továbbítani a műholdak és a kommunikációs állomások között.
Bár elvben a kvantumösszefonódásnak nincs végső távolsági határa – eddig a rekordot egy európai tesztben érték el, ekkor a két foton 144 km-re még közvetített adatot egymás közt: 2005-ben Tenerife a szomszéd La Plata sziget között hoztak létre ilyen kapcsolatot. Egy 2008-as japán kísérlet pedig bebizonyította, hogy földi teleszkóppal észlelhető egy műholdról visszapattanő fényjel – azaz a műholdas továbbítással sem lehetnek problémák.
A Kanadai Űrügynökség már javában dolgozik saját Kvantumkódoló és Tudományos Műholdján, az európai ügynökség pedig Kínával fogott össze egy interkontinentális kvantum kulcs leosztó kutatáshoz. Emellett a Nemzetközi Űrállomás és az európaiak együttműködnek a földi bázisok és az űrbázis közötti kvantumkulcsos kommunikációval való kísérletezésben is (ez 1400 km-t jelent).
Eközben Japán maga is folytatja kutatásait, szerintük 4-5 éven belül már működő műholdjuk lehet erre a célra az űrben.
Az Egyesül Államok furcsán távol maradt a kvantumkommunikációs konferenciáról, de a kutatók szerint ez azért lehetséges, mert a Nemzetbiztonsági Ügynökség előszeretettel szponzorál ilyen projekteket – őke pedig azt a kutatást szeretik igazán, ami inkább titokban zajlik, és így nem foglalják össze konferenciákon.
