Kína tavaly augusztusban az északnyugat-kínai Csiucsüani Űrközpontból egy a Long March 2D rakétával felbocsátotta a világ első kvantumkommunikációs műholdját, amit Miciuszról, az i. e. 5. századi kínai filozófusról, a motizmus alapítójáról neveztek el. A műholdat napszinkron pályára állították, így mindennap ugyanakkor, ugyanafölött a hely fölött halad el.

Teleportálás, de semmi sem kerül át máshova

A műhold feladata, hogy nagyon biztonságos, feltörhetetlennek tartott kvantumkommunikációt hozzon létre feltörhetetlen kvantumkulcsok továbbításával a világűrből a Földre és vissza. Érthetőbben fogalmazva: a kutatók arra használják a műholdat, hogy a fedélzetén összefonódott fotonpárokat állítsanak elő, amiket földi vevőállomásokra küldenek el (vagy fordítva), hogy mindkét helyen megmérjék őket.

A kvantum-összefonódás az elemi részecskék egyik legelképesztőbb tulajdonsága. Albert Einsteinék már 1935-ben leírták, hogy a kvantummechanika milyen súlyos paradoxont rejt, és az 1990-es években kísérletek sorozata bizonyította, hogy az összefonódás létező jelenség. Összefonódott állapotban nem egyszerűen két részecskéről beszélünk, mivel bizonyos tulajdonságaikat csak együttesen lehet értelmezni, így például ha az egyiket befolyásoljuk (akár csak megfigyeljük), az a másikra is hatással lesz, függetlenül attól, hogy közben milyen messze vannak egymástól. Tehát ha az összefonódott párok egyik tagján elvégeznek egy mérést, megállapítva a foton kvantumállapotát, akkor abban a pillanatban a másik fotonnak is ugyanez lesz az állapota, vagyis az összefonódás jelenségének felhasználásával információkat lehet teleportálni, méghozzá úgy, hogy az (mostani ismereteink szerint) lehallgathatatlan legyen.

Tehát az egyik fotonnal társított információk megjelennek a másik fotonban, minthogy pont ugyanolyan, mint az előbbi, és így hatalmas távolságokra is azonnal „le lehet tölteni” az átküldött információt. Ez tehát a teleportáció, amit földi laboratóriumokban már sokszor megcsináltak. Néhány éve egy macskás képpel is szemléltették a működését.

Látja szállni a fotonokat

Aztán a kínai kutatók júniusban közölték, hogy megdöntötték a teleportálás addigi, kb. 144 km-es világrekordját: a Mozi két olyan kínai földi vevőállomásra küldött fotonokat, amik jóval messzebb, 1203 kilométerre vannak egymástól. Most pedig azt jelentették be, hogy sikerült a Földről az űrbe, az 500 km magasban keringő műholdra információt teleportálni.Ugyanazt a kvantumhálózatot használták, amivel korábban a műholdról a Földre teleportáltak. Elméletileg nincs térbeli felső határ, bármilyen távolról működhetne a teleportálás, de a gyakorlatban mégis vannak korlátok, mert a fotonok a légkörben lévő anyagokkal vagy az optikai szálak belsejében kölcsönhatásba lépnek, ami az összefonódás elvesztését okozhatja.

A Mozival könnyebb a helyzet: a műhold 500 km magasban kering, így a foton a táv nagy részén vákuumban utazik. Hogy minél kevesebb akadály jelenjen meg az úton, próbálták minimalizálni az atmoszférát, vagyis a kínai kutatók a földi állomást a tibeti Ngariban 4000 méteres tengerszint feletti magasságban állították fel. Így a műhold a horizonthoz közel még 1400 km-re van, amikor pedig az állomás fölé ér, csak 500 km-re halad.

A kísérletben a kínai tudósok a földi állomáson összefonódott fotonpárokat hoztak létre, kb. 4000-et másodpercenként. Aztán az egyiket felsugározták a műholdra – ami mindennap éjfélkor elhaladt fölöttük –, míg a másik fotont lent hagyták. Végül megmérték a fotont a Földön és a műholdon is, és megállapították, hogy az összefonódás fennállt, tehát sikerült fotont teleportálniuk így. 32 nap alatt több millió fotont sugároztak a műholdra, és 911 esetben született pozitív eredmény.

Azzal, hogy akár egymástól 1400 km-re lévő fotonoknál is észleltek összefonódást, megdöntötték a távolsági rekordot, olyanra pedig még sosem volt példa, hogy a Földről egy műholdra teleportáljanak fotont.

A kvantummechanika területén a közelmúltig Európa és az USA volt a vezető, de most már egyértelmű a kínai dominancia: a mostani kísérlet ugyanis a távoli, nagy sebességgel keringő műhold miatt nagy mérnöki teljesítményt igényelt, a felhasznált műszereknek rendkívül érzékenyeknek és precízeknek kellett lenniük.

A kísérlet hatalmas előrelépés. Mivel a teleportálással pontosan lemásolhatjuk az első foton kvantumállapotát, így a kvantum-számítógépeknél használt qubitek továbbítására is használható a módszer. Ezen az úton továbbmenve, a Föld és egy műhold közötti állandó teleportációs összeköttetés megalapozhat egy globális kvantuminternetnek. (Technology Review, Cosmos Magazine, Science Meetup, MTI)