중국 위성은 "쌍을 이룬 광자"를 쪼개서 1,200 킬로미터 떨어진 별도의 지상국으로 전송하여 그러한 위업에 대한 이전의 거리 기록을 깨뜨리고 양자 통신의 새로운 가능성을 열어줍니다.
양자 물리학에서 입자가 특정 방식으로 서로 상호 작용할 때 입자는 "얽히게됩니다". 이는 본질적으로 거리가 멀어도 연결 상태를 유지하므로 하나의 작업이 다른 작업에 영향을 미칩니다.
Science 지에 오늘 온라인 (6 월 15 일)에 발표 된 새로운 연구에서 연구원들은 얽힌 광자 쌍이 지구의 두 위치에 1,203km 떨어진 747.5 마일로 성공적으로 분포되어 있다고보고했다.
양자 얽힘은 물리학의 기본 법칙을 테스트하기 위해 흥미로운 응용 프로그램을 가지고 있지만 매우 안전한 통신 시스템을 만드는데도 과학자들이 말했다. 양자 역학은 양자 시스템을 측정하는 것이 불가피하게 방해하기 때문에 도청하려는 시도는 숨길 수 없기 때문입니다.
그러나 얽힌 입자 (일반적으로 광자)를 먼 거리에 분포시키는 것은 어렵습니다. 공기 나 광섬유 케이블을 통해 이동하는 경우 환경이 입자를 방해하므로 거리가 멀어지면 신호가 약해지고 너무 약해져 유용하지 않습니다.
2003 년에 중국 과학 기술 대학의 양자 물리학 교수 인 Pan Jianwei는 얽힌 광자 쌍을 지상국으로 발사하도록 설계된 위성 기반 시스템에 대한 작업을 시작했습니다. 아이디어는 대부분의 입자 이동이 공간의 진공을 통과하기 때문에이 시스템은 환경 간섭이 훨씬 적다는 것입니다.
"많은 사람들은이 아이디어가 미친 아이디어라고 생각했다. 왜냐하면 이미 차폐 된 광학 테이블 내에서 정교한 양자 광학 실험을하는 것은 매우 어려운 일이었다"고 Live Science는 말했다. "그래서 어떻게 천 킬로미터 거리 스케일에서 광학 요소가 초당 8 킬로미터의 속도로 진동하고 움직이는 유사한 실험을 할 수 있을까요?"
새로운 연구에서 연구원들은 작년에 출시 된 중국의 Micius 위성을 사용하여 얽힌 광자 쌍을 전송했습니다. 이 위성은 초고속 얽힌 광자 소스와 위성 및 3 개의 지상국에서 비콘 레이저를 사용하여 송신기와 수신기를 정렬하는 고정밀 획득, 포인팅 및 추적 (APT) 시스템을 갖추고 있습니다.
일단 광자가 지상 관측소에 도달하면, 과학자들은 위성의 위치에 따라 궤도의 어떤 단계에 따라 994 마일에서 1,490 마일 (1,600 마일에서 2,400km)까지 이동 했음에도 불구하고 입자가 여전히 얽혀 있음을 확인했습니다.
과학자들은 지구 대기 중 최저 6 마일 (10km)만이 광자에 중대한 간섭을 일으킬 정도로 두껍다 고 과학자들은 말했다. 과학자들의 설명에 따르면, 광섬유 케이블을 통해 얽힌 광자를 분배하는 기존의 방법보다 링크의 전체 효율이 훨씬 높았다.
팬은“우리는 이미 최고의 통신 섬유를 사용하는 것보다 1 조 배나 더 효율적인 2 광자 얽힘 분포 효율을 달성했다. "위성 없이는 불가능했던 일을했습니다."
실험을 수행하는 것과는 별도로, 이러한 종류의 시스템에 대한 잠재적 용도 중 하나는 "양자 키 분배"입니다. 양자 통신 시스템은 사용자에게 알리지 않고 가로 채기가 불가능한 두 당사자간에 암호화 키를 공유하는 데 사용됩니다. 올바른 암호화 알고리즘과 결합하면이 시스템은 암호화 된 메시지가 정상적인 통신 채널을 통해 전송 되더라도 깨지지 않는다고 전문가들은 말했다.
영국 옥스포드 대학의 양자 물리학 교수 인 Artur Ekert는 처음으로 얽힌 광자가 암호화 키를 전송하는 데 사용될 수있는 방법을 설명했습니다.
에 커트는 라이브 사이언스에 "중국 실험은 상당히 놀라운 기술 성과"라고 말했다. "1991 년 옥스퍼드의 학생이었던 얽힌 기반 양자 키 배포를 제안했을 때, 키가 그런 높이로 높아질 것으로 기대하지 않았습니다!"
그러나 Pan에 따르면 현재 위성은 실제 양자 통신 시스템에서 사용할 준비가되어 있지 않다. 첫째, 상대적으로 낮은 궤도는 각 지상국이 매일 약 5 분 동안 적용 범위를 가지며, 사용 된 광자의 파장은 야간에만 작동 할 수 있다는 것을 의미한다고 그는 말했다.
Pan은 커버리지 시간과 지역을 늘리면 궤도가 더 높은 새로운 위성을 발사 할 수 있지만 더 큰 망원경, 더 정확한 추적 및 더 높은 링크 효율성이 필요하다고 Pan은 말했다. 주간 운영은 통신 파장에서 광자를 사용해야한다고 그는 덧붙였다.
그러나 미래 양자 통신 네트워크를 개발하려면 상당한 노력이 필요할 것이지만, 캐나다 워털루 대학의 양자 컴퓨팅 연구소 (University of Waterloo Institute of Quantum Computing Institute)의 부교수 인 토마스 젠뉴 인 (Thomas Jennewein)은 핵심 빌딩 블록 중 하나를 시연했다고 밝혔다.
"저는 2000 년부터이 연구 라인에서 일했으며 우주에서 양자 얽힘 실험의 유사한 구현에 대해 연구했으며, 따라서이 중국 그룹이 보여준 대담함, 헌신 및 기술을 매우 많이 증명할 수 있습니다." .
