Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trong một bước quan trọng trong việc tạo ra một mạng lưới truyền thông lượng tử toàn cầu, các nhà nghiên cứu đã tạo ra và phát hiện sự vướng víu lượng tử trên tàu vệ tinh nano CubeSat có trọng lượng dưới 2,6 kg và quay quanh Trái đất.
Trong một bước quan trọng trong việc tạo ra một mạng lưới truyền thông lượng tử toàn cầu, các nhà nghiên cứu đã tạo ra và phát hiện sự vướng víu lượng tử trên tàu vệ tinh nano CubeSat có trọng lượng dưới 2,6 kg và quay quanh Trái đất.
“Trong tương lai, hệ thống của chúng tôi có thể là một phần của mạng lượng tử toàn cầu truyền tín hiệu lượng tử đến các máy thu trên Trái đất hoặc trên các tàu vũ trụ khác”, tác giả chính Aitor Villar từ Trung tâm Công nghệ lượng tử tại Đại học Quốc gia Singapore cho biết. “Những tín hiệu này có thể được sử dụng để thực hiện bất kỳ loại ứng dụng truyền thông lượng tử nào, từ phân phối khóa lượng tử để truyền dữ liệu cực kỳ an toàn đến dịch chuyển tức thời lượng tử, trong đó thông tin được truyền bằng cách sao chép trạng thái của hệ thống lượng tử từ xa.”
Trong Optica , tạp chí của Hiệp hội Quang học (OSA) cho nghiên cứu tác động cao, Villar và một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế chứng minh rằng nguồn vướng víu lượng tử thu nhỏ của họ có thể hoạt động thành công trên tàu vũ trụ CubeSat hiệu quả chi phí thấp, nhỏ hơn một hộp đựng giày. CubeSats là một loại vệ tinh nano tiêu chuẩn được tạo thành từ các đơn vị khối 10 cm × 10 cm × 10 cm.
“Tiến trình hướng tới một mạng lượng tử toàn cầu dựa trên không gian đang diễn ra với tốc độ nhanh”, Villar nói. “Chúng tôi hy vọng rằng công việc của chúng tôi truyền cảm hứng cho làn sóng tiếp theo của các sứ mệnh công nghệ lượng tử trên không gian và các ứng dụng và công nghệ mới có thể được hưởng lợi từ những phát hiện thử nghiệm của chúng tôi.”
Thu nhỏ lượng tử vướng víu
Hiện tượng cơ học lượng tử được gọi là sự vướng víu là điều cần thiết cho nhiều ứng dụng truyền thông lượng tử. Tuy nhiên, việc tạo ra một mạng lưới toàn cầu để phân phối vướng víu là không thể đối với các sợi quang do các tổn thất quang xảy ra trong khoảng cách xa. Trang bị các vệ tinh nhỏ, được tiêu chuẩn hóa trong không gian với thiết bị lượng tử là một cách để giải quyết thách thức này một cách hiệu quả.
Bước đầu tiên, các nhà nghiên cứu cần chứng minh rằng một nguồn photon thu nhỏ cho sự vướng víu lượng tử có thể vẫn nguyên vẹn thông qua các ứng suất phóng và hoạt động thành công trong môi trường khắc nghiệt của không gian trong một vệ tinh có thể cung cấp năng lượng tối thiểu. Để thực hiện điều này, họ đã kiểm tra một cách thấu đáo mọi thành phần của nguồn cặp photon được sử dụng để tạo ra sự vướng víu lượng tử để xem liệu nó có thể được làm nhỏ hơn hay gồ ghề hơn.
Ở mỗi giai đoạn phát triển, các nhà khoa học đã chủ động ý thức về ngân sách cho khối lượng, quy mô và sức mạnh. Bằng cách lặp lại thiết kế thông qua thử nghiệm và tạo mẫu nhanh, họ đã tìm ra gói yếu tố dạng nhỏ, mạnh mẽ cho tất cả các thành phần ngoài giá cần thiết cho nguồn cặp photon vướng víu.
Nguồn cặp photon thu nhỏ mới bao gồm một diode laser màu xanh chiếu vào các tinh thể phi tuyến để tạo ra các cặp photon. Để đạt được sự vướng víu chất lượng cao đòi hỏi phải thiết kế lại hoàn toàn các giá treo phù hợp với các tinh thể phi tuyến với độ chính xác và ổn định cao.
Phóng lên quỹ đạo
Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra thiết bị mới của họ cho không gian bằng cách kiểm tra khả năng chịu được rung động và thay đổi nhiệt đã trải qua trong quá trình phóng tên lửa và hoạt động trong không gian. Nguồn cặp photon duy trì sự vướng víu chất lượng rất cao trong suốt quá trình thử nghiệm và sự liên kết tinh thể được bảo toàn ngay cả sau khi chu kỳ nhiệt độ lặp lại từ -10 ° C đến 40 ° C.
Các nhà nghiên cứu đã kết hợp thiết bị mới của họ vào SpooQy-1, một CubeSat được triển khai trên quỹ đạo từ Trạm vũ trụ quốc tế vào ngày 17 tháng 6 năm 2019. Thiết bị này đã tạo thành công các cặp photon vướng víu ở nhiệt độ từ 16 ° C đến 21,5 ° C.
Cuộc “biểu tình” này cho thấy công nghệ vướng víu thu nhỏ có thể hoạt động tốt trong khi tiêu thụ ít năng lượng. Đây là một bước quan trọng hướng tới một cách tiếp cận hiệu quả về chi phí để triển khai các chòm sao vệ tinh có thể phục vụ các mạng lượng tử toàn cầu.” Dự án được tài trợ bởi Quỹ nghiên cứu quốc gia của Singapore.
Các nhà nghiên cứu hiện đang hợp tác với RALSpace ở Anh để thiết kế và chế tạo vệ tinh nano lượng tử tương tự như SpooQy-1 với các khả năng cần thiết để chiếu các photon vướng víu từ không gian vào máy thu mặt đất. Điều này được dự kiến sẽ trình diễn trên một nhiệm vụ năm 2022. Họ cũng đang hợp tác với các đội khác để cải thiện khả năng của CubeSats để hỗ trợ các mạng lượng tử.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội quang học . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :