Europa proponuje tanie połączenie optyki kwantowej ze stacją kosmiczną

Jedną z wielkich tajemnic współczesnej fizyki jest związek między mechaniką kwantową a ogólną teorią względności lub grawitacją. Jednak zjawiska kwantowe na ogół występują w bardzo najmniejszych skalach, podczas gdy grawitacja na ogół pojawia się w największych skalach. Nigdy dwoje się nie spotkają.

Przynajmniej nie bez sprytnego myślenia. Jednym z pomysłów jest splątanie pary fotonów, trzymanie się jednego i wysyłanie drugiego na odległość tak dużą, że grawitacja jest znacząca, innymi słowy, wystarczająco daleko, aby w grę wchodziła krzywizna grawitacyjna przestrzeni.

Chodzi o to, czy splątanie – zjawisko czysto kwantowe – „odczuwa” tę krzywiznę w taki sam sposób, jak rzeczy czysto klasyczne, takie jak ludzie.

Wymagana odległość nie jest aż tak duża – kilkaset kilometrów powinno wystarczyć.

Ale jest problem. Najdalsi naukowcy wysłali splątane fotony to zaledwie 144 kilometry. a ze względu na straty atmosferyczne i krzywiznę powierzchni Ziemi, jedynym sposobem na pójście dalej jest wystrzelenie fotonów prosto w górę, w kosmos.

Dzisiaj Thomas Scheidl z Austriackiej Akademii Nauk w Wiedniu wraz z kilkoma kumplami proponuje prosty i stosunkowo tani sposób przeprowadzania tego rodzaju eksperymentów po raz pierwszy przy użyciu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), która krąży na wysokości około 400 kilometrów.

Ich plan polega na wytworzeniu splątanych fotonów na ziemi i przeniesieniu ich na ISS. To rozwiązuje jeden ważny problem związany z tego rodzaju pracą, a mianowicie, że znaczna część sprzętu potrzebnego do tworzenia splątanych fotonów – lasery, materiały nieliniowe itp. – nie jest jeszcze zakwalifikowana do użytku w kosmosie, a uzyskanie takiej kwalifikacji jest kosztownym biznesem.

Więc pozostawienie tego wszystkiego na ziemi to rozsądny pomysł. Wszystko, czego potrzebujesz w kosmosie, to czujnik zdolny do wykrywania fotonów i ich polaryzacji. Innymi słowy, aparat.

Jak się okazuje, Międzynarodowa Stacja Kosmiczna nie jest złym miejscem na umieszczenie takiego urządzenia. W kopule ma już mocowanie kamery, siedmiookienny obszar widokowy, który daje astronautom godny pozazdroszczenia widok na planetę.

Kopuła posiada okna wykonane z czterech oddzielonych próżniowo tafli szkła. Niemniej jednak Scheidl i współpracownicy obliczyli, że wystarczająca ilość fotonów powinna przedostać się do dobrej nauki.

A mocowanie jest zmotoryzowane, aby przeciwdziałać ruchom stacji kosmicznej, umożliwiając astronautom robienie niezwykłych zdjęć naszego świata.

Plan Scheidla i spółki polega na zbudowaniu czujnika fotonowego wielkości aparatu, który pasowałby do tego zmotoryzowanego mocowania i obserwował fotony wystrzeliwane z laboratoriów w Austrii lub na Wyspach Kanaryjskich.

Obliczają, że ISS powinna przelatywać nad ich laboratoriami siedem lub osiem razy w miesiącu, każde oferując 20-sekundowe okno na wysłanie splątanych fotonów do uchwycenia czujnika pokładowego.

Taka kamera byłaby prosta do zbudowania przy stosunkowo niskich kosztach i mogłaby być łatwo wrzucona na tył statku zaopatrzeniowego, aby astronauci mogli ustawić, gdy mają wolną chwilę.

To wygląda na rozsądny plan przetestowania technologii za stosunkowo niewielkie pieniądze. Są też inne powody, by spróbować.

Oprócz problemów fizyki podstawowej, tego rodzaju praca jest ważnym krokiem w kierunku stworzenia Internetu kwantowego, który może przenosić doskonale bezpieczne wiadomości z jednej części świata do drugiej za pośrednictwem łączy satelitarnych.

Ale być może najważniejsza ze wszystkich jest możliwość dobrego wykorzystania ISS. NASA zawsze sprzedawała Międzynarodową Stację Kosmiczną amerykańskiemu społeczeństwu jako laboratorium w kosmosie, które będzie zajmowało się ważną nauką. Dla tych, którzy wiedzą, to zawsze było śmieszne twierdzenie.

Tak więc tani eksperyment z optyką kwantową, który może zmienić nasze poglądy na fizykę i utorować drogę nowej technologii komunikacyjnej, daje NASA szansę na przywrócenie równowagi.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1211.2111 :Eksperymenty optyki kwantowej na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS: Propozycja

ukryć