Satelit Cina telah berpecah kepada pasangan "foton terikat" dan menghantarnya ke stesen tanah yang berasingan dengan jarak 745 mil (1,200 kilometer), menghancurkan rekod jarak jauh sebelum ini dan membuka peluang baru dalam komunikasi kuantum.
Dalam fizik kuantum, apabila zarah berinteraksi dengan satu sama lain dengan cara tertentu mereka menjadi "terikat." Ini pada asasnya bermakna mereka tetap tersambung walaupun dipisahkan oleh jarak yang jauh, supaya tindakan yang dilakukan pada satu mempengaruhi yang lain.
Dalam satu kajian baru yang diterbitkan dalam talian hari ini (15 Jun) dalam jurnal Sains, para penyelidik melaporkan pengedaran yang berjaya pasangan pasang terikat kepada dua lokasi di Bumi yang dipisahkan oleh 747.5 batu (1,203 km).
Perbalahan kuantum mempunyai aplikasi menarik untuk menguji undang-undang asas fizik, tetapi juga untuk mewujudkan sistem komunikasi yang sangat selamat, kata saintis. Itu kerana mekanika kuantum menyatakan bahawa mengukur sistem kuantum tidak dapat dielakkan, jadi apa-apa percubaan untuk mengada-adakan adalah mustahil untuk disembunyikan.
Tetapi, sukar untuk mengedarkan zarah terikat - biasanya foton - jauh lebih besar. Apabila mengembara melalui udara atau melalui kabel gentian optik, persekitaran mengganggu zarah, jadi dengan jarak yang lebih besar, isyarat itu merosot dan menjadi terlalu lemah untuk digunakan.
Pada tahun 2003, Pan Jianwei, seorang profesor fizik kuantum di Universiti Sains dan Teknologi China, mula bekerja pada sistem berasaskan satelit yang direka bentuk untuk menggabungkan pasangan foton bersambung ke stesen darat. Ideanya ialah kerana kebanyakan perjalanan zarah akan melalui ruang kosong, sistem ini akan memperkenalkan campur tangan yang jauh lebih rendah.
"Ramai orang menganggapnya sebagai idea gila, kerana ia sangat mencabar melakukan eksperimen kuantum optik yang canggih di dalam meja optik yang terlindung," kata Pan kepada Live Science. "Jadi bagaimana anda boleh melakukan eksperimen serupa pada skala jarak seribu kilometer dan dengan elemen optik bergetar dan bergerak pada kelajuan 8 kilometer sesaat?"
Dalam kajian baru, para penyelidik menggunakan satelit Micius China, yang dilancarkan tahun lepas, untuk menghantar pasangan foton yang terikat. Satelit ini mempunyai sumber photon terikat dengan ultrabright dan sistem pengambilan, penunjuk dan pengesan tinggi (APT) yang menggunakan laser beacon pada satelit dan di tiga stesen darat untuk menyambung pemancar dan penerima.
Apabila foton mencapai stesen tanah, para saintis menjalankan ujian dan mengesahkan bahawa zarah masih terikat walaupun telah melakukan perjalanan antara 994 batu dan 1,490 batu (1,600 dan 2,400 km), bergantung pada tahap orbitnya satelit itu berada di kedudukannya.
Hanya sejauh 10 batu (10 km) atmosfera bumi yang cukup tebal untuk menyebabkan gangguan besar dengan foton, kata para saintis. Ini bermakna kecekapan keseluruhan pautan mereka jauh lebih tinggi daripada kaedah sebelumnya untuk mengedarkan foton yang tersangkut melalui kabel gentian optik, menurut para saintis.
"Kami telah mencapai kecekapan pengagihan dua foton kecekapan trilion kali lebih cekap daripada menggunakan gentian telekomunikasi terbaik," kata Pan. "Kami telah melakukan sesuatu yang mustahil tanpa satelit."
Selain menjalankan eksperimen, salah satu penggunaan yang berpotensi untuk sistem semacam ini adalah untuk "pengedaran kunci kuantum," di mana sistem komunikasi kuantum digunakan untuk berkongsi kunci penyulitan antara dua pihak yang mustahil untuk memintas tanpa menyedarkan pengguna. Apabila digabungkan dengan algoritma penyulitan yang betul, sistem ini tidak dapat dikalahkan walaupun mesej yang disulitkan dihantar melalui saluran komunikasi biasa, kata pakar.
Artur Ekert, seorang profesor fizik kuantum di University of Oxford di United Kingdom, adalah yang pertama untuk menerangkan bagaimana foton dilintang boleh digunakan untuk menghantar kunci penyulitan.
"Percubaan Cina adalah pencapaian teknologi yang luar biasa," kata Ekert kepada Live Science. "Apabila saya mencadangkan pengedaran kunci kuantum berasaskan terikat pada tahun 1991 apabila saya seorang pelajar di Oxford, saya tidak mengharapkan ia dinaikkan ke tahap yang tinggi!"
Satelit semasa tidak cukup bersedia untuk digunakan dalam sistem komunikasi kuantum praktikal, walaupun, menurut Pan. Untuk satu, orbit yang agak rendah bermakna setiap stesen darat mempunyai liputan hanya kira-kira 5 minit setiap hari, dan panjang gelombang foton yang digunakan bermakna ia hanya boleh beroperasi pada waktu malam, katanya.
Meningkatkan masa dan kawasan liputan akan bermaksud melancarkan satelit baharu dengan orbit yang lebih tinggi, kata Pan, tetapi ini memerlukan teleskop yang lebih besar, pengesanan lebih tepat dan kecekapan pautan yang lebih tinggi. Operasi siang hari memerlukan penggunaan foton dalam panjang gelombang telekomunikasi, tambahnya.
Tetapi semasa membangunkan rangkaian komunikasi kuantum masa depan memerlukan kerja yang besar, Thomas Jennewein, profesor bersekutu di Institut Pengkomputeran Kuantum University of Waterloo di Kanada, mengatakan kumpulan Pan telah menunjukkan salah satu blok bangunan utama.
"Saya telah bekerja dalam bidang penyelidikan sejak tahun 2000 dan meneliti mengenai pelaksanaan eksperimen kuantum yang sama dari ruang angkasa, dan dengan itu saya dapat membuktikan keberanian, dedikasi dan kemahiran yang ditunjukkan oleh kumpulan Cina ini," katanya kepada Sains Live .
