Kvantpõimitus rahvusvahelise kosmosejaama ISS pardal

Albert Einstein kirjeldas kvantpõimitust lausega “spukhafte fernwirkung,” ehk tontlik kaugmõju. Hiljaaegu sooritas Ludwig Maximilias Universität München-i töörühm esimese nimetatud nähtust kätkeva õhk-maa kvantside. Käiku on aga lastud suurejoonelisemad ideed.

9. aprillil ajakirjas German Physical Society New Journal of Physics publitseeritud uurimuses esitas saksa töörühm nägemuse kvantpõimituse efekti katsetamiseks kosmose ja Maa vahel. Katse eesmärk oleks esimese globaalse kvantkommunikatsiooni võrgustiku arendustöö.

Artikkel kirjeldab esiteks Bell-i eksperimenti, mis paneb proovile kvantmehaanika ning klassikalise füüsika ennustused. Teiseks kvantkrüptovõtme katse, mis kasutaks kosmosejaama krüptovõtme signaalipeegeldina.

Töörühma arvutused näitavad, et katse on teostatav juba mõne ISS ülelennuga maajaamast. Iga kasulik möödumine kestab ligikaudu 70 sekundit.

„Mõnel kuul aastas möödub ISS meie soovitud geograafilise punkti kohalt viis kuni kuus korda. Vaimusilmas kujutame eksperimendi vältuseks nädala. Siis saaksime andmetöötluseks piisavalt katseandmeid,“ seletas artikli kaasautor ning Austria Teaduste Akadeemia professor Rupert Ursin.

ISS pardale tuleks esialgsete plaanide kohaselt toimetada vaid footondetektor. Detektori saab kinnitada olemasoleva Nikon 400 mm objektiivi külge, mis asub praegu statsionaarselt Maa poole suunatult 70 cm läbimõõduga Cupola mooduli aknal.

Belli eksperimendiks genereeritaks kaks lõimitud footonit. Üks saadetaks kosmosejaama külge paigutatud objektiivi suunas, teine jääks Maale.

Põimitud footonitel on kvantmehaanikaga määratud seos, mis tähendab, et ühe mõõtmine, ehk mõjutamine, põhjustab sama mõõtmise teisel, olgu siis maa- või jaamapealsel footonil.

„Kvantfüüsika kohaselt on põimitus kaugusest sõltumatu. Bell-i eksperiment näitaks, võib-olla, teooria õigsust. 500 km on ikkagi päris kaugel,“ seletas Professor Ursin. „Tuvastaksime ka gravitatsiooni võimaliku mõju põimitusefektile.“

Kvantkrüptovõtme eksperimendis genereeritaks jada krüptitud footoneid, mis saadetaks jaama poole teele. Kui keegi vahepeal sidet pealt kuulata üritaks, muutuks sõnum koheselt ning sidepidajad saaksid pahalasele jälile.

Kvantsatelliitide arendamine on paljude maailma teadustöörühmade eesmärk. Satelliit oleks signaali majakas. Tulevik on põnevik.