فيزياء الكم: سجل جديد في إرسال الرسائل السرية

يمكن اكتشاف "تأثير المسافات الطويلة المخيف" لأينشتاين على مسافة 144 كم

قراءة بصوت عال

يجب أن تشفير الكم تمكين الاتصالات موثوقة. خطوة كبيرة على الطريق هناك الآن فريق بحث دولي نجح. في إحدى التجارب ، تمكن الفيزيائيون من إظهار أن التشابك الميكانيكي الكمومي ، الذي أطلق عليه ألبرت أينشتاين "التأثير البعيد المدى الأشباح" ، لا يزال قابلاً للاكتشاف حتى على مسافة 144 كيلومتراً - أكثر بعشر مرات من أي وقت مضى.

{} 1L

والنتيجة ليست مهمة فقط للفيزياء الأساسية ولكن أيضًا للتطبيق العملي: يمكن استخدام التشابكات الكمومية لإنشاء مفتاح سري وبالتالي لتأمين نقل الرسائل ، كما أبلغ الباحثون في العدد الحالي من مجلة Nature Physics.

جزيئات الضوء هي الناقلات للمعلومات في هذه التجربة. يحتوي الضوء أيضًا على خصائص الموجات والجسيمات. وتسمى الجسيمات أيضًا فوتونات أو كوانتا ضوئية. تسبب الخواص الميكانيكية الكمومية لتشابك الفوتونات نتائج قياس متسقة على أزواج الجسيمات - بغض النظر عن المسافة البعيدة للجزيئات عن بعضها البعض. في الدراسة التجريبية لوكالة الفضاء الأوروبية ESA ، سأل الباحثون ، بقيادة هارالد وينفورتر ، أستاذ بصريات الكم في جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ ومعهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية والبروفيسور أنطون زيلنجر من جامعة فيينا ، بعد ذلك ، ماذا يحدث عندما يتم قياس أحد جزيئات الضوء المتشابكة بعيدًا عن الآخر.

يبدو الوضع مشابهًا جدًا للعب مع اثنين من الزهر التقليدي. بعد رمية ، يظهر كل من الاثنين عددًا عشوائيًا من النقاط - نفس الشيء نلاحظه حتى مع المكعبات المتشابكة. ولكن مع المكعبات التقليدية ، يكون الرقمان مستقلين عن بعضهما البعض ، "المكعبات المتشابكة" تظهر دائمًا نفس عدد النقاط ، بغض النظر عن المسافة بينها. بالضبط هذه الحقيقة يتم استغلالها في تشفير الكم لإنشاء مفتاح تشفير. عرض

الفوتونات في الرحلة

في التجربة ، تم إنشاء الفوتونات المتشابكة في مرصد Roque de los Muchachos في جزيرة الكناري في لا بالما. تم إرسال أحد الفوتونات عبر تلسكوب في رحلته التي تمتد على مسافة 144 كيلومتراً عبر الهواء إلى جزيرة تينيريفي المجاورة ، حيث كان جهاز OGS ، وهو تلسكوب ESA مصمم للاتصالات الساتلية ، بمثابة جهاز الاستقبال.

تم قياس أخت الفوتون محليًا في لا بالما ، حيث تمت مقارنة نتائج قياس الاستقطاب - أي ما يعادل عدد مكعبات - الفوتونين. في جميع الاحتمالات ، أعطى القياس في لا بالما نفس النتيجة مثل القياس في الفوتون في تينيريفي. عن طريق هذه الميزة ، يمكن تبادل المفتاح السري ، والذي يعرفه فقط المرسلون والمستقبلون الشرعيون ويمكنهم بالتالي استخدامه لإرسال الرسائل بشكل آمن.

على الرغم من أن التأثير الميكانيكي الكمي للتشابك معروف منذ فترة طويلة ودُرس في العديد من التجارب ، إلا أنه يمثل تحديًا تقنيًا كبيرًا تحقيق ذلك عبر مسافات كبيرة جدًا. تتفاعل جزيئات الضوء في الطريق عبر الغلاف الجوي مع الذرات والجزيئات ، علاوة على ذلك ، يؤدي اضطراب الهواء إلى انحراف شعاع الضوء ، على غرار التشققات فوق الإسفلت الحار. في التجربة ، ومع ذلك ، كان العلماء قادرين على إظهار درجة عالية من جودة التشابك للجزيئات الشريكة. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام نبضات الليزر الضعيفة للتشفير الكمي ، ولكن حتى الآن فقط على مسافات قصيرة.

التوزيع العالمي للحالات الكمومية

كجزء من مشروع ESA ، تم إثبات أنه باستخدام ترميز جديد ، يمكن إنشاء مفاتيح ذات عائد مماثل على هذه المسافة الكبيرة.

إذا كنت تريد التواصل مع الأقمار الصناعية ، فالمسافة أكبر ، لكن طبقة الهواء الراكدة تكون أرق بكثير. من وجهة نظر الباحثين ، تُظهر التجارب بوضوح أن النقل الآمن للرسائل من وإلى الأقمار الصناعية على أساس التواصل الكمي أمر ممكن حتى مع التكنولوجيا الحالية.

تخطط وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) بالفعل لمزيد من الخطوات نحو التوزيع العالمي للدول الكمومية إما عن طريق الأقمار الصناعية أو مع وحدة الاتصالات الكمومية المثبتة في مختبر الفضاء الأوروبي كولومبوس التابع لمحطة الفضاء الدولية. وبالتالي ، سيكون من الممكن التغلب على قيود المسافة السابقة للتشفير الكمي وتحقيق التواصل الكمي على المستوى العالمي.

(idw - جامعة ميونخ ، 05.06.2007 - DLO)