Νέο ρεκόρ κβαντικής τηλεμεταφοράς από κινεζικό δορυφόρο

Την εποχή του “κβαντικού ίντερνετ” έφεραν ένα βήμα πιο κοντά ερευνητές από το Πανεπιστήμιο και Τεχνολογίας της Κίνας, δείχνοντας έτσι πως είναι απλώς θέμα χρόνου η πρακτική εφαρμογή μίας τουλάχιστον θεωρητικά απαραβίαστης μεθόδου κρυπτογράφησης, η οποία θα βασίζεται σε ένα φαινομενικά παράδοξο παράδοξο φαινόμενο της κβαντικής φυσική




Ο λόγος είναι πως, χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο “Micius”, οι ερευνητές κατάφεραν να τηλεμεταφέρουν πληροφορίες μέσω φωτονίων ανάμεσα σε δύο επίγειους σταθμούς που απέχουν 1.200 χιλιόμετρα, τη μεγαλύτερη απόσταση από οποιοδήποτε ανάλογο πείραμα στο παρελθόν.

Δορυφόρος σε τροχιά από τον Αύγουστο



Ο “Micius” εκτοξεύθηκε τον περασμένο Αύγουστο από την Κίνα, με σκοπό να διαπιστωθεί κατά πόσο οι δορυφόροι μπορούν να αυξήσουν κατακόρυφα την εμβέλεια των κβαντικών τηλεπικοινωνιών, συγκριτικά με την επίγεια τηλεμεταφορά δεδομένων, είτε μέσω οπτικών ινών είτε μέσω του αέρα. Ο λόγος είναι πως το φαινόμενο στο οποίο βασίζεται η τηλεμεταφορά, που ονομάζεται κβαντική διεμπλοκή ή κβαντική σύζευξη (quantum entanglement), είναι πολύ ευαίσθητο σε τυχόν παρεμβολές από το περιβάλλον.



Στην περίπτωση της επίγειας τηλεμεταφοράς, το πρόβλημα αυτό “αγγίζει” όλη τη διαδρομή που πρέπει να διανύσουν τα δεδομένα, κωδικοποιημένα στα φωτόνια, με συνέπεια η εμβέλεια να είναι αρκετά περιορισμένη. Έτσι, είναι ενδεικτικό πως το ρεκόρ για την κβαντική μετάδοση πληροφοριών μέσω οπτικών ινών είναι μόλις 102 χιλιόμετρα, το οποίο επιτεύχθηκε τον περασμένο Σεπτέμβριο από επιστήμονες του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) στις ΗΠΑ.



“Στοιχειωμένη δράση από απόσταση”



Αντίθετα, όταν η επικοινωνία γίνεται μέσω δορυφόρου, σύμφωνα με τους Κινέζους ερευνητές ο κίνδυνος από τις παρεμβολές αφορά τα 10 πρώτα χιλιόμετρα της ατμόσφαιρας, αφού το υπόλοιπο της διαδρομής από και προς τον δορυφόρο είναι πρακτικά κενός χώρος. Γι’ αυτό και μέσω του “Micius”, η απόσταση εκτινάχθηκε στα 1.200 χιλιόμετρα.



Ανεξάρτητα πάντως από τον τρόπο μετάδοσης, σε όλα τα πειράματα αυτό που τηλεμεταφέρεται είναι οι ιδιότητες φωτονίων, χάρις σε μία παράξενη ιδιότητα του μικρόκοσμου που ονομάζεται κβαντική διεμπλοκή (quantum entanglement) και την οποία ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε χαρακτηρίσει “στοιχειωμένη δράση από απόσταση” ("spooky action at a distance").



Σύμφωνα με το συγκεκριμένο φαινόμενο της κβαντικής φυσικής, δύο φωτόνια (ή υποατομικά σωματίδια) μπορεί να συνδέονται με τέτοιο τρόπο, ώστε οποιαδήποτε αλλαγή στις ιδιότητες του ενός να επηρεάζει ταυτόχρονα την κατάσταση του δεύτερου, ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η απόσταση που τα χωρίζει.



Διάψευση του Αϊνστάιν



Για την ακρίβεια, ο Αϊνστάιν ανακάλυψε την κβαντική διεμπλοκή, στο πλαίσιο ενός νοητικού πειράματος που υποτίθεται πως θα αποδείκνυε ένα “θανάσιμο σφάλμα” της κβαντικής φυσικής, και επομένως πως δεν ισχύει η συγκεκριμένη θεωρία. Στην πορεία ωστόσο, πειράματα επιβεβαίωσαν την κβαντική διεμπλοκή, κάνοντας μάλιστα επιστήμονες να επινοούν ένα νέο τρόπο κρυπτογράφησης που θα βασίζεται σε αυτήν, και έτσι να ανοίξουν τον δρόμο για το (τουλάχιστον θεωρητικά) απαραβίαστο “κβαντικό ίντερνετ”.



Ο λόγος είναι πως, αν στο πλαίσιο των κβαντικών τηλεπικοινωνιών, τα “κλειδιά” της κρυπτογράφησης είναι δύο φωτόνια που συνδέονται με αυτό τον τρόπο, οποιαδήποτε απόπειρα να υποκλαπεί κάποιο από αυτά και να “διαβαστεί” από χάκερ, θα έχει ως συνέπεια να αλλάξουν ακαριαία οι ιδιότητες και του δεύτερου “κλειδιού”. Επομένως, είναι αδύνατον να περάσει απαρατήρητη. Επίσης, το “κβαντικό ίντερνετ” είναι η προϋπόθεση για να δικτυωθούν οι κβαντικοί υπολογιστές, όταν τα σημερινά πειραματικά μοντέλα δώσουν τη θέση τους σε καθ’ όλα λειτουργικά μηχανήματα.

Τεχνικά εμπόδια



Αν και η επιτυχία του “Micius” αποτελεί ορόσημο για την έλευση των κβαντικών τηλεπικοινωνιών μέσω δορυφόρου, αυτό δεν σημαίνει πως δεν υπάρχουν ακόμη τεχνικά προβλήματα που θα πρέπει να λυθούν μέχρι να είναι έτοιμες για εφαρμογή.



Ενδεικτικά, αν και ο δορυφόρος παρήγαγε 5,9 εκατομμύρια ζεύγη “συζευγμένων” φωτονίων ανά δευτερόλεπτο, στο ίδιο χρονικό διάστημα οι σταθμοί κατάφερναν να ανιχνεύσουν μόλις ένα ζεύγος. Πάντως, οι επιστήμονες υποστηρίζουν πως μέσα στην επόμενη πενταετία θα καταφέρουν να αυξήσουν 1.000 φορές τη συχνότητα ανίχνευσης.



Site: IEEE.Spectrum

.

ΠΗΓΗ