En un paso crítico hacia la creación de una red global de comunicaciones cuánticas, los investigadores han generado y detectado el entrelazamiento cuántico a bordo de un nano-satélite CubeSat que pesa menos de 2.6 kilogramos y está en órbita alrededor de la Tierra.
"En el futuro, nuestro sistema podría ser parte de una red cuántica global que transmite señales cuánticas a receptores en la Tierra o en otras naves espaciales", dijo el autor principal, Aitor Villar, del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur.las señales podrían usarse para implementar cualquier tipo de aplicación de comunicaciones cuánticas, desde la distribución de claves cuánticas para una transmisión de datos extremadamente segura hasta la teletransportación cuántica, donde la información se transfiere al replicar el estado de un sistema cuántico desde una distancia ".
adentro óptica , la revista de la Sociedad Óptica OSA para investigación de alto impacto, Villar y un grupo internacional de investigadores demuestran que su fuente miniaturizada de entrelazamiento cuántico puede operar con éxito en el espacio a bordo de un CubeSat rentable y de bajos recursos que es más pequeño que uncaja de zapatos. Los CubeSats son un tipo estándar de nanosatélite hecho de múltiplos de unidades cúbicas de 10 cm × 10 cm × 10 cm.
"El progreso hacia una red cuántica global basada en el espacio está ocurriendo a un ritmo rápido", dijo Villar. "Esperamos que nuestro trabajo inspire la próxima ola de misiones de tecnología cuántica basada en el espacio y que las nuevas aplicaciones y tecnologías puedan beneficiarse de nuestroresultados experimentales "
enredo cuántico miniaturizante
El fenómeno de la mecánica cuántica conocido como entrelazamiento es esencial para muchas aplicaciones de comunicaciones cuánticas. Sin embargo, crear una red global para la distribución del entrelazamiento no es posible con fibras ópticas debido a las pérdidas ópticas que ocurren a largas distancias. Equipar satélites pequeños y estandarizados enel espacio con instrumentación cuántica es una forma de abordar este desafío de manera rentable.
Como primer paso, los investigadores debían demostrar que una fuente de fotones miniaturizada para el enredo cuántico podría permanecer intacta a través del estrés del lanzamiento y operar con éxito en el duro entorno del espacio dentro de un satélite que puede proporcionar una energía mínima. Para lograr esto,examinaron exhaustivamente todos los componentes de la fuente de pares de fotones utilizados para generar enredos cuánticos para ver si podían hacerse más pequeños o más resistentes.
"En cada etapa del desarrollo, fuimos conscientes de los presupuestos de masa, tamaño y potencia", dijo Villar. "Al repetir el diseño mediante pruebas y prototipos rápidos, llegamos a un paquete robusto de factor de forma pequeño paratodos los componentes listos para usar necesarios para una fuente de pares de fotones enredados "
La nueva fuente de pares de fotones miniaturizados consiste en un diodo láser azul que brilla en cristales no lineales para crear pares de fotones. Para lograr un enredo de alta calidad se requirió un rediseño completo de las monturas que alinean los cristales no lineales con alta precisión y estabilidad.
Lanzamiento en órbita
Los investigadores calificaron su nuevo instrumento para el espacio mediante la prueba de su capacidad para soportar la vibración y los cambios térmicos experimentados durante el lanzamiento de un cohete y la operación en el espacio. La fuente de pares de fotones mantuvo un enredo de muy alta calidad durante la prueba y la alineación del cristalse conservó incluso después de ciclos de temperatura repetidos de -10 ° C a 40 ° C.
Los investigadores incorporaron su nuevo instrumento en SpooQy-1, un CubeSat que se desplegó en órbita desde la Estación Espacial Internacional el 17 de junio de 2019. El instrumento generó con éxito pares de fotones enredados a temperaturas de 16 ° C a 21.5 ° C.
"Esta demostración mostró que la tecnología de entrelazamiento miniaturizado puede funcionar bien mientras consume poca energía", dijo Villar. "Este es un paso importante hacia un enfoque rentable para el despliegue de constelaciones de satélites que pueden servir redes cuánticas globales". El proyectofue financiado por la Fundación Nacional de Investigación de Singapur.
Los investigadores ahora están trabajando con RALSpace en el Reino Unido para diseñar y construir un nanosatélite cuántico similar a SpooQy-1 con las capacidades necesarias para transmitir fotones enredados desde el espacio a un receptor terrestre. Esto está programado para la demostración a bordo de una misión 2022.También están colaborando con otros equipos para mejorar la capacidad de CubeSats para admitir redes cuánticas.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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