Europa foreslår en billig kvanteoptikforbindelse til rumstationen

Et af de store mysterier i moderne fysik er forbindelsen mellem kvantemekanik og generel relativitet eller tyngdekraft. Men kvantefænomener forekommer generelt på de allermindste skalaer, mens tyngdekraften generelt afgrøder på de største skalaer. Aldrig skal de to mødes.

I hvert fald ikke uden nogle smarte tanker. En idé er at vikle et par fotoner ind, hænge på den ene og sende den anden over en afstand, der er så stor, at tyngdekraften er signifikant, med andre ord langt nok til, at rummets gravitationskrumning kan spille ind.

Spørgsmålet er, om sammenfiltringen – et rent kvantefænomen – 'føler' denne krumning på samme måde som rent klassiske ting, som mennesker.

Den nødvendige afstand er ikke så langt - et par hundrede kilometer burde gøre det trick.

Men der er et problem. Det fjerneste videnskabsfolk har sendt sammenfiltrede fotoner er kun 144 kilometer. og på grund af atmosfæriske tab og krumningen af ​​Jordens overflade, er den eneste måde at komme videre på at affyre fotoner lige opad, ud i rummet.

I dag foreslår Thomas Scheidl ved det østrigske videnskabsakademi i Wien og et par venner en enkel og relativt billig måde at lave den slags eksperimenter for første gang ved at bruge den internationale rumstation (ISS), som kredser i en højde på ca. 400 kilometer.

Deres plan er at skabe sammenfiltrede fotoner på jorden og sende dem op til ISS. Det kommer omkring et vigtigt problem med denne form for arbejde, som er, at meget af den hardware, der er nødvendig for at skabe sammenfiltrede fotoner - lasere, ikke-lineære materialer osv. - endnu ikke er kvalificeret til brug i rummet, og at få en sådan kvalifikation er en dyr forretning.

Så det er en fornuftig idé at efterlade alt det her på jorden. Alt hvad du behøver i rummet er en sensor, der er i stand til at detektere fotoner og deres polarisering. Med andre ord et kamera.

Som det viser sig, er den internationale rumstation ikke et dårligt sted at placere sådan en enhed. Den har allerede et kameraophæng i sin kuppel, det syv-vindues visningsområde, der giver astronauter en misundelsesværdig udsigt over planeten.

Kuppelen har vinduer lavet af fire vakuumseparerede glasruder. Ikke desto mindre beregner Scheidl og co, at nok fotoner burde trænge igennem til at udføre god videnskab.

Og holderen er motoriseret til at modvirke bevægelsen af ​​rumstationen, hvilket giver astronauter mulighed for at tage ekstraordinære billeder af vores verden.

Scheidl og co's plan er at bygge en fotonsensor i kamerastørrelse, der passer på denne motoriserede montering og holder øje med fotoner affyret fra laboratorier i Østrig eller på De Kanariske Øer.

De beregner, at ISS burde passere over deres laboratorier syv eller otte gange om måneden, der hver tilbyder et 20-sekunders vindue til at sende de sammenfiltrede fotoner, som sensoren ombord kan fange.

Et sådant kamera ville være ligetil at bygge til relativt lave omkostninger og kunne nemt sættes ind bag på et forsyningsskib, så astronauterne kan sætte det op, når de har ledig tid.

Det ligner en fornuftig plan for at teste teknologierne for relativt få penge. Og der er andre grunde til at prøve.

Ud over problemerne med grundlæggende fysik er denne form for arbejde et vigtigt skridt på vejen mod etableringen af ​​et kvanteinternet, der kan overføre perfekt sikre beskeder fra en del af verden til en anden via satellitforbindelser.

Men måske vigtigst af alt er den mulighed, den giver for at bruge ISS til god brug. NASA har altid solgt den internationale rumstation til den amerikanske offentlighed som et laboratorium i rummet, der vil udføre vigtig videnskab. For dem, der ved, har det altid været en latterlig påstand.

Så et billigt kvanteoptikeksperiment med potentialet til at ændre vores ideer om fysik og bane vejen for en ny kommunikationsteknologi giver NASA chancen for at rette op på balancen.

Ref: arxiv.org/abs/1211.2111 :Kvanteoptikeksperimenter til den internationale rumstation ISS: Et forslag

skjule