اعتقد العلماء أن الوصلة الصاعدة للقمر الصناعي الكمي كانت مستحيلة

مع مرور الوقت، غالبا ما يحول العلم المستحيل في الممكنوأحدث مثال على ذلك هو دراسة جديدة تحسب جدوى إرسال إشارات كمومية من الأرض إلى قمر صناعي – مع إمكانية تمكين شبكات اتصالات كمومية أكبر وأكثر قوة.

من الممكن بالفعل أن ترسل جزيئات متشابكة من الضوء الأقمار الصناعية وصولا إلى المحطات الأرضيةلكن فكرة القدرة على نقل الفوتونات في الاتجاه الآخر – من الأرض إلى الفضاء – كانت تعتبر مستحيلة، بسبب الصعوبات في الحفاظ على استقرار الإشارة.

وتشير هذه الدراسة الأخيرة، التي أجراها فريق من جامعة التكنولوجيا في سيدني (UTS) في أستراليا، إلى إمكانية القيام بذلك. إنه يعتمد على نموذج مفصل يتم نشره تبادل التشابك، مع الأخذ في الاعتبار المحتمل الظروف الجويةوتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية والتداخل الناتج عن الفوتونات الضالة والضوضاء.

متعلق ب: المكالمات الهاتفية للكائنات الفضائية يمكن أن تكون كمية، ولسنا مستعدين لسماعها

“الفكرة هي إطلاق جسيمين منفردين من الضوء من محطتين أرضيتين منفصلتين إلى قمر صناعي يدور على ارتفاع 500 كيلومتر (310 ميل) فوق الأرض، ويسافران بسرعة حوالي 20 ألف كيلومتر في الساعة، بحيث يلتقيان بشكل مثالي بحيث يتعرضان للتداخل الكمي،“ يقول الفيزيائي UTS سيمون ديفيت.

“من المثير للدهشة أن نماذجنا أظهرت أن الوصلة الصاعدة ممكنة. لقد قمنا بتضمين تأثيرات العالم الحقيقي مثل ضوء الخلفية من الأرض وانعكاسات ضوء الشمس من القمروالتأثيرات الجوية والمحاذاة غير الكاملة للأنظمة البصرية.”

فلماذا يهم؟ أ بقدر الإنترنت يعد بشبكات غير قابلة للاختراق حسب التصميم: بمجرد أن تقوم أطراف غير مصرح لها بالاطلاع على البيانات، يتم تشويشها. يتم استخدام الجسيمات المتشابكة مثل الفوتونات التحقق من الاتصالات في كل نهاية.

اليوم، يمكن أن تكون هذه المفاتيح السرية تم إنشاؤها على الأقمار الصناعية وثم تبث على الأرض. من الأسهل إبقاء الفوتونات مستقرة في الاتجاه الهبوطي، لأن التشتت الجوي يحدث في نهاية الإرسال وليس في بدايته. بالإضافة إلى ذلكمن الأسهل إصابة أهداف أكبر وأكثر ثباتًا على الأرض من إصابة قمر صناعي متجول في الفضاء.

العيب الكبير هو الطاقة: فالأقمار الصناعية لا تمتلك الكثير منها. لكن المحطات الأرضية تفعل ذلك. إن أداء المهام الأكثر تطلبًا على الأرض يعني أنه يمكن إنتاج عدد أكبر بكثير من أزواج الفوتونات المتشابكة بسرعة أكبر، ثم إرسالها إلى الأقمار الصناعية لمزيد من التوزيع.

“يحتاج القمر الصناعي فقط إلى وحدة بصرية مدمجة للتداخل مع الفوتونات الواردة والإبلاغ عن النتيجة. يقول ديفيت، “بدلاً من الأجهزة الكمومية لإنتاج تريليونات وتريليونات من الفوتونات في الثانية اللازمة للتغلب على الخسائر على الأرض، مما يسمح بوصلة كمومية ذات نطاق ترددي عالٍ. وهذا يبقي التكاليف والحجم منخفضين ويجعل النهج أكثر عملية.”

هناك بعض التحذيرات هنا. وفي حين أن النظام يمكن أن يعمل من الناحية الفنية على مستوى عال من الدقة (وهو ما يضمن موثوقية البيانات)، فإنه لا يمكن أن يعمل إلا في الليل، بعيدا عن تداخل ضوء الشمس – وحتى ذلك الحين فقط مع المعايرة الدقيقة. لكن هذا شيء يمكن البناء عليه.

لا تزال هناك شبكة اتصالات كمومية تعمل بكامل طاقتها بعيد تمامالكننا نعلم الآن أن الأنظمة ذات الاتجاهين ممكنة من الناحية النظرية على الأقل. ويشير الباحثون إلى أنه يمكن إجراء اختبارات مستقبلية في العالم الحقيقي باستخدام أجهزة استقبال على طائرات بدون طيار أو بالونات.

“في المستقبل، الكم تشابك ستكون مثل الكهرباء إلى حد ما: السلعة التي نتحدث عنها والتي تمد أشياء أخرى بالطاقة. يقول ديفيت.

“يتم إنشاؤها ونقلها بطريقة غالبًا ما تكون غير مرئية للمستخدم – فنحن فقط نقوم بتوصيل أجهزتنا واستخدامها.”

وقد تم نشر البحث في أبحاث المراجعة البدنية.