Σε ένα σημαντικό βήμα προς τη δημιουργία ενός κβαντικού συστήματος τηλεπικοινωνιών παγκόσμιας εμβέλειας, ερευνητές ήταν σε θέση να προκαλέσουν και να ανιχνεύσουν κβαντική διεμπλοκή (quantum entanglement) σε έναν δορυφόρο «νάνο», κατηγορίας CubeSat, βάρους κάτω των 2,6 κιλών, σε τροχιά γύρω από τη Γη.
To University of Strathclyde συμμετείχε σε ένα διεθνές εγχείρημα, στο πλαίσιο του οποίου επιδείχθηκε πως μια «μίνι» πηγή κβαντικής διεμπλοκής μπορεί να λειτουργεί επιτυχώς στο διάστημα, σε έναν χαμηλού κόστους δορυφόρο CubeSat, που είναι μικρότερος από κουτί παπουτσιών.
To φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής είναι εκ των ων ουκ άνετ σε πολλές εφαρμογές κβαντικών επικοινωνιών. Πρόκειται για ένα αινιγματικό φαινόμενο όπου δύο σωματίδια παραμένουν συνδεδεμένα, διαμοιραζόμενα φυσικά χαρακτηριστικά (έχοντας την ίδια κατάσταση, την ίδια στιγμή), ανεξαρτήτως του πόσο μακριά είναι το ένα από το άλλο.
Ωστόσο η δημιουργία ενός παγκοσμίου δικτύου διανομής διεμπλοκής δεν είναι δυνατή με οπτικές ίνες λόγω των οπτικών απωλειών που λαμβάνουν χώρα σε μεγάλες αποστάσεις. Ο εξοπλισμός μικρών δορυφόρων στο διάστημα με κβαντικά όργανα είναι ένας τρόπος οικονομικής αντιμετώπισης αυτής της πρόκλησης- και η σχετική έρευνα δημοσιεύτηκε στο Optica.
«Η έρευνα αυτή δοκίμασε επόμενης γενιάς τεχνολογίες κβαντικής επικοινωνίας για χρήση στο διάστημα. Με τα αποτελέσματα να έχουν επιβεβαιωθεί, η επιτυχία της είναι καλός οιωνός για επερχόμενες αποστολές, για τις οποίες αναπτύσσουμε την επόμενη, βελτιωμένη έκδοση αυτών των οργάνων» είπε ο Ντάνιελ Όι, λέκτορας στο Τμήμα Φυσικής του πανεπιστημίου.
Ως πρώτο βήμα, οι ερευνητές έπρεπε να δείξουν πως μια «μίνι» πηγή φωτονίων για κβαντική διεμπλοκή μπορούσε να μένει ακέραια κατά την εκτόξευση και να λειτουργεί σωστά στο διάστημα, μέσα σε έναν δορυφόρο που παρέχει ελάχιστη ενέργεια. Για να επιτευχθεί αυτό, εξέτασαν εξαντλητικά κάθε τμήμα της πηγής ζεύγους φωτονίων που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή κβαντικής διεμπλοκής, για να βρουν εάν θα μπορούσε να σμικρυνθεί περαιτέρω ή να γίνει ανθεκτικότερη.
Η νέα πηγή ζεύγους φωτονίων αποτελείται από μία διόδο μπλε λέιζερ που λάμπει σε μη γραμμικούς κρυστάλλους για τη δημιουργία ζευγών φωτονίων. Η επίτευξη διεμπλοκής υψηλής ποιότητας απαιτούσε έναν πλήρη επανασχεδιασμό των πυλώνων που ευθυγράμμιζαν τους κρυστάλλους.
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν δοκιμές για να επιβεβαιωθεί η αντοχή σε συνθήκες διαστήματος και αλλαγές θερμότητας, και εγκατέστησαν το νέο όργανο στον SpooQy-1, έναν δορυφόρο που είχε τεθεί σε τροχιά από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό τον Ιούνιο του 2019. Το όργανο πέτυχε την επιτυχή παραγωγή ζευγών φωτονίων σε διεμπλοκή σε θερμοκρασίες 16-21,5 βαθμών Κελσίου.
Οι ερευνητές τώρα συνεργάζονται με τη RAL Space στο Ηνωμένο Βασίλειο για τον σχεδιασμό και την κατασκευή ενός κβαντικού νανοδορυφόρου παρόμοιου με τον SpooQy-1, με τις δυνατότητες που απαιτούνται για την εκπομπή φωτονίων σε διεμπλοκή από το διάστημα σε δέκτη στο έδαφος. Αυτός προορίζεται για δοκιμή στο πλαίσιο αποστολής το 2022.
