Kvanttisignaalien lähettäminen Maasta satelliittiin on mahdollista

Kvanttissatelliitit lähettävät tällä hetkellä avaruudesta alas eri maa-asemille valon lomittuneita hiukkasia erittäin turvallisen viestinnän takaamiseksi. Uusi tutkimus osoittaa, että näitä signaaleja on mahdollista lähettää myös ylöspäin Maasta satelliittiin, mitä aiemmin pidettiin mahdottomana.

Professori Simon Devittin, professori Alexander Solntsevin ja Sydneyn teknillisen yliopiston (UTS) tutkimusryhmän tutkimus "Kvanttilomittumisen jakautuminen ylälinkin satelliittikanavien kautta" on julkaistu Physical Review Research -lehdessä.

Kiina laukaisi Micius-satelliitin vuonna 2016, mikä mahdollisti ensimmäiset kokeet kvanttisalatun informaation lähettämisellä avaruudesta. Vuonna 2025 Jinan-1-mikrosatelliitti jatkoi tätä edistystä 12 900 km:n kvanttiyhteydellä Kiinan ja Etelä-Afrikan välille.

”Nykyiset kvanttisatelliitit luovat avaruudessa toisiinsa lomittuneita pareja ja lähettävät sitten parin jokaisen puoliskon kahteen paikkaan Maassa – niin sanottuun ’alalinkkiin’”, sanoi professori Solntsev. ”Sitä käytetään enimmäkseen kryptografiassa, jossa salaisen avaimen luomiseen tarvitaan vain muutama fotoni.”

Käänteistä ajatusta, jossa maanpinnalla luodaan lomittuneita fotonipareja ja lähetetään ylöspäin satelliittiin, ei ole otettu vakavasti. Aiemmin ajateltiin, että "ylöspäin suuntautuva" lähestymistapa ei toimisi signaalin häviämisen, häiriöiden ja sironnan vuoksi.

"Ajatuksena on nyt lähettää kaksi yksittäistä valohiukkasta erillisiltä maa-asemilta satelliittiin, joka kiertää 500 kilometrin korkeudessa ja kulkee noin 20 000 kilometrin tuntinopeudella, niin että ne kohtaavat niin täydellisesti, että ne altistuvat kvantti-interferenssille. Onko tämä edes mahdollista?", sanoi professori Devitt.

"Yllättäen mallinnuksemme osoitti, että ylälinkki on mahdollinen. Otimme mukaan reaalimaailman vaikutuksia, kuten maasta tulevan taustavalon ja auringonvalon heijastukset kuusta, ilmakehän vaikutukset ja optisten järjestelmien epätäydellisen linjauksen", hän sanoi.

Tutkijat ehdottavat, että ylälinkkikonseptia voitaisiin testata lähitulevaisuudessa droonien tai ilmapallojen vastaanottimien avulla, mikä tasoittaisi tietä tulevaisuuden kvanttiverkoille eri maissa ja mantereilla käyttäen pieniä matalalla kiertoradalla olevia satelliitteja.

"Ylöspäin suuntautuva menetelmä voisi tarjota kyseisen kaistanleveyden. Satelliitti tarvitsee vain kompaktin optisen yksikön interferoimaan tulevia fotoneja ja raportoimaan tuloksen, eikä kvanttilaitteistoa tuottamaan biljoonia ja taas biljoonia fotoneja sekunnissa, joita tarvitaan maanpinnan häviöiden korvaamiseksi, mikä mahdollistaa suuren kaistanleveyden kvanttiyhteyden. Tämä pitää kustannukset ja koon alhaisina ja tekee lähestymistavasta käytännöllisemmän."

Aiheesta aiemmin:

Piensatelliittien tiedonsiirto tehokkaammaksi

Kätevämpää avaruudellista viestintää