量子エンタングルメント (最も奇妙な物理学) は、この世界から宇宙に移動しました。中国が量子世界と宇宙科学の両方を熟知していることを示す研究で、物理学者のチームは、衛星から 1200 キロメートル離れた地上局に不気味に絡み合った量子粒子を送信し、以前の世界記録を破ったと報告しています。その結果、超安全な通信ネットワークへの足がかりとなり、最終的には宇宙ベースの量子インターネットになります。
カナダのウォータールー大学の物理学者 Thomas Jennewein は次のように述べています。 「彼らはこの大胆なアイデアから始めて、なんとかやり遂げました。」
エンタングルメントは、オブジェクトの量子特性が一度に複数の状態を占有する量子重ね合わせの独特な宙域にオブジェクトを置くことを含みます:シュレディンガーの猫のように、同時に死んで生きています。次に、それらの量子状態は複数のオブジェクト間で共有されます。物理学者は、超伝導電気回路などのより大きな物体だけでなく、電子や光子などの粒子をもつれさせてきました。
理論的には、絡み合ったオブジェクトが分離されたとしても、それらの不安定な量子状態は、それらのいずれかが測定または乱されるまでリンクされたままになるはずです。その測定値は、距離に関係なく、他のオブジェクトの状態を即座に決定します。このアイデアは非常に直感に反しているため、アルバート アインシュタインはそれを「離れた場所での不気味な行動」と揶揄しました。
しかし、1970 年代以降、物理学者は距離を伸ばして効果をテストし始めました。 2015 年には、1.3 キロメートル離れたエンタングル電子を測定することを含む、これらのテストの中で最も洗練されたもので、不気味な行動が現実のものであることが再び示されました。
このような実験は、基本的な結果だけでなく、ハッキング防止通信の可能性も示しています。絡み合った光子の長い列は、離れた場所で共有され、通信を保護する「量子鍵」になる可能性があります。量子暗号化されたメッセージを盗聴しようとする者は、共有鍵を妨害し、侵害されたチャネルを全員に警告します。
しかし、絡み合った光子は、空気や光ファイバーを通過するときに急速に劣化します。これまでのところ、誰かが量子鍵を送信した最長距離は数百キロです。量子情報を再ブロードキャストする「量子リピータ」は、ネットワークの到達範囲を広げる可能性がありますが、まだ成熟していません。多くの物理学者は、人工衛星を使用して量子情報を真空に近い宇宙空間に送ることを夢見てきました。マドリッドにあるスペイン国立研究評議会の物理学者である Verónica Fernández Mármol は、次のように述べています。 「あなたは繊維の損失に関するすべての問題を一挙に解決しました。」
上海の中国科学技術大学の物理学者である Jian-Wei Pan は、古代中国の哲学者にちなんで名付けられた Micius 衛星が 2016 年 8 月に打ち上げられたときに、このアイデアをテストする機会を得ました。 1 億ドルの宇宙規模の量子実験プログラム。これは、中国が米国やヨーロッパと同等の宇宙科学大国になることを望んでいるいくつかのミッションの 1 つです。
最初の実験で、チームはレーザービームを衛星の光を変える結晶に送りました。結晶はもつれ合った光子のペアを放出したため、1つが測定されるとそれらの偏光状態は反対になります。ペアは分割され、光子は 1200 キロメートル離れたデリンガと麗江にある別々の受信ステーションに送信されました。どちらのステーションもチベットの山中にあり、壊れやすい光子が通過しなければならない空気の量を減らしています。今週の科学 、チームは1000以上の光子対を同時に測定したと報告しています。彼らは、光子が偶然に予想されるよりもはるかに頻繁に反対の偏光を持っていることを発見し、記録的な距離での不気味な行動を確認しました (ただし、2015 年の短距離でのテストはより厳密でした)。
チームは多くのハードルを克服しなければなりませんでした。たとえば、人工衛星が毎秒 8 キロメートル近くの速さで宇宙を疾走するときに、光子のビームを地上局に集中させ続ける必要がありました。シンガポール国立大学の物理学者であるアレクサンダー・リングは、「それを示して実証することは非常に困難な作業です。 「とても励みになります。」しかし、Ling は、Pan のチームが衛星から送信された 600 万個の光子のうち約 1 個の光子しか回収できなかったと述べています。これは、地上での実験よりもはるかに優れていますが、実用的な量子通信にはまだ少なすぎます。
パン氏は、中国の国立宇宙科学センターが、太陽が輝いているときでも検出できる、より強力でクリーンなビームを備えた追加の衛星を打ち上げることを期待しています。 (Micius は夜間のみ動作します。) 「今後 5 年間で、本当に実用的な量子衛星をいくつか打ち上げる予定です」と彼は言います。それまでの間、彼は Micius を使用して中国の地上局に量子鍵を配布する予定です。これには、より長い光子列と追加の手順が必要になります。それから彼は、中国とオーストリアのステーション間の大陸間量子キー配布を実証したいと考えています。これには、オーストリアの地上ステーションが衛星の視界内に現れるまで、もつれた光子ペアの半分を搭載する必要があります。彼はまた、量子状態 (実際の物体を動かさずに量子エンコードされた情報を転送する技術) をチベットの第 3 の天文台から衛星にテレポートすることも計画しています。
他の国々は、独自の量子宇宙実験に向けて少しずつ進んでいます。 Ling はオーストラリアの物理学者と協力して、2 つの衛星間で量子情報を送信しています。カナダ宇宙庁は最近、小型の量子衛星への資金提供を発表しました。欧州と米国のチームも、国際宇宙ステーションに量子機器を搭載することを提案しています。ウィーンにあるオーストリア科学アカデミーの物理学者である Anton Zeilinger は、1 つの目標は、軌道の弱い重力環境にとどまる光子を地球に送られたもつれ合うパートナーと比較することによって、変化する重力場によってもつれが影響を受けるかどうかをテストすることであると述べています。 . 「重力と量子物理学の間のリンクをテストする実験は多くありません。」
その意味するところは、記録的なデモンストレーションにとどまらず、世界中の研究所で設計されている量子コンピューターを衛星のネットワークに接続できる日が来るかもしれません。 Pan の論文は、「中国が正しい決定を下していることを示している」と、欧州宇宙機関に独自の量子衛星の打ち上げを迫った Zeilinger は言う。 「私は個人的に、未来のインターネットはこれらの量子原理に基づいていると確信しています。」
