Pozor! Používáte zastaralý prohlížeč, stránka se nemusí zobrazovat správně. Aktualizujte jej a zlepšete tak svůj uživatelský zážitek.

Matfyz.cz

Aktualita z fyziky: Číňané zlomili rekord v délce kvantového provázání

Zdroj na palubě satelitu QUESS produkuje přibližně šest milionů provázaných fotonových párů za sekundu (Vizualizace: Science)

Čínským vědcům se podařilo vytvořit na palubě satelitu pár provázaných fotonů a ty poslat na pozemní stanice, které byly od sebe vzdálené 1 200 km. Experiment by mohl otevřít cestu rozvoji kvantové kryptografie na dlouhé vzdálenosti.

V srpnu 2016 vyslala Čína jako první do vesmíru satelit, který měl v kosmickém prostředí testovat základy kvantové komunikace. Na palubě kosmické lodi QUESS byl interferometr Sagnac. Zářením ultrafialového laseru na nelineární optický krystal vznikly dva provázané infračervené fotony. Zdroj fotonů teď čínský tým použil k distribuci provázaných fotonů na dvě ze tří pozemních stanic nacházejících se v Číně, které byly od sebe vzdálené 1 200 km.

Kvantové provázání je čistě kvantově-mechanický jev, při němž mohou mít dvě nebo více částic daleko těsnější vazbu, než dovoluje klasická fyzika. Provázání má hlavní roli v kvantových technologiích, jako je kvantová kryptografie, kvantová teleportace a sítě pro přenos kvantových informací.

Kvantová kryptografie řeší problém bezpečné distribuce klíčů mezi odesílatelem a příjemcem, zatímco kvantová teleportace je metoda nepřímého přenášení objektů. Místo samotného objektu je přenášena pouze informace. Podle ní je pak na místě určení vytvořen stejný objekt. V posledním desetiletí se vzdálenost, na kterou byli fyzici schopni přenést pár provázaných fotonů, stále prodlužovala, a to jak při přenosu vzduchem, tak po optických vláknech. Dosavadní rekord v délce přenosu činil 100 km.

Ztráty fotonů rostou exponenciálně se vzdáleností, kterou fotony urazí, takže spojení vzdálených míst použitím optických vláken může být extrémně náročné a obtížné. Čistě teoreticky by sice k prodloužení vzdálenosti přenosu mohl být použit kvantový opakovač, v praxi se však ukázalo, že sestrojit takové zařízení je nesmírně složité. Přijatelnou alternativou se ukázal být satelitní přenos. Velká část dráhy provázaných fotonů se totiž nachází v té části atmosféry, kde je velmi nízký tlak vzduchu, a proto je ztráta fotonů menší.

Zdroj na palubě satelitu QUESS produkuje přibližně šest milionů provázaných fotonových párů za sekundu. Každý pár je provázán z hlediska horizontální a vertikální složky polarizace fotonu. Páry jsou rozděleny a jednotlivé fotony jsou nasměrovány na dvě přijímací stanice ve vzdálenostech 500 – 2 000 km. K minimalizaci úhlového rozptylu fotonů na dlouhé vzdálenosti se používá Cassegrainův teleskop, který fokusuje světlo do svazku s divergencí 10 µrad.

Na zemi se fotony přijímají teleskopem o průměru 1,2 – 1,8 m a měří se jejich polarizace, aby se ověřilo jejich provázání. Za tím účelem se provádí „Bellův test“, který určuje, jestli je korelace mezi fotony silnější, než dovoluje klasická fyzika. Test potvrdil kvantové provázání se statistickou jistotou čtyř standardních odchylek.

Čínský tým byl schopen detekovat provázané fotony rychlostí kolem jednoho páru každou sekundu. Kvalita provázání – míra přesnosti – byla kolem 0,87, když dokonalá přesnost je vyjádřena hodnotou jedna. To reprezentuje účinnost, která je 1012krát vyšší, než je účinnost dosažitelná použitím speciálních optických vláken, a 1017krát vyšší, než umožňují komerční vlákna.

Vědci jsou přesvědčeni, že distribuce provázaných fotonů by mohla být použita k zavedení distribuce kvantového klíče (QKD) v celosvětovém měřítku. QKD používá zákony kvantové mechaniky k zajištění bezpečné výměny kryptografického klíče mezi dvěma stranami a je už používána na krátké vzdálenosti mezi finančními institucemi.

Původní práce byla publikována v Science.

Mohlo by vás zajímat:

Difundující atomy
Záhadná magnetosféra Uranu
Atomové hodiny prověřily Einsteinovu teorii
„Plazmové koště“ bude uklízet na Marsu

Kompletní archiv Aktualit z fyziky

Další obrázky
comments powered by Disqus

Matfyz.cz

Univerzita Karlova
Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3
121 16  Praha 2
IČ: 00216208
DIČ: CZ00216208
web fakulty
studuj na Matfyzu
e-shop