První pokusná družice pro kvantovou komunikaci je ve vesmíru

17. srpen 2016

Včera v noci do vesmíru odstartovala čínská družice nazvaná Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), Quantum Science Satellite (QSS) či Mozi (Mocius). QUESS je první družicí, věnovanou tzv. kvantové komunikaci. Při kvantové komunikaci nemůže zprávy bez jejich narušení odposlouchávat třetí strana.

Gregoir Ribordy, odborník na kvantovou kryptografii z firmy ID Quantique, poskytl k této vlastnosti kvantové komunikace deníku Wall Street Journal následující analogii: „Je to zhruba podobné tomu, jako kdybychom si posílali zprávy, napsané na mýdlových bublinách. Při pokusu nějakou zprávu (bez oprávnění) zastavit bublina praskne a zpráva se ztratí“.

Start z pouště Gobi

Nosná raketa, která družici o hmotnosti asi 600 kilogramů vynesla na oběžnou dráhu kolem Země, odstartovala 16. srpna 2016 před druhou hodinou místního času z kosmodromu v poušti Gobi, který leží nedaleko od městského sídla Ťiou-čchüan. Historie tohoto nejstaršího čínského kosmodromu sahá až do roku 1956 a jeho mezinárodní název zní Jiuquan Satellite Center.

Družice QUESS také získala přezdívku Mozi (čínsky Mo-Tzu, Mo-C´ nebo Mo Di, latinsky Micius, česky Mocius), podle jména 2400 let starého čínského filosofa, který byl mj. světovým průkopníkem optických experimentů.

Velká část experimentů na družici se bude týkat výroby dvojic tzv. kvantově provázaných (zapletených) fotonů a jejich přenosu pomocí pokročilého laserového komunikátoru. Generaci provázaných fotonů bude zajišťovat speciální krystal.

Kvantové provázané fotony mohou být vzájemně propojeny svými vlastnostmi (např. polarizací) i tehdy, když je odděluje poměrně velká prostorová vzdálenost (poslední rekord v tomto směru zatím činí 300 kilometrů, družice QUESS by mohla tuto vzdálenost zvětšit až na 1200 kilometrů).

Vakuum, panující ve vesmíru, je v tomto bodu velkou výhodou, protože v rámci zemské atmosféry či optických vláken může docházet „na trase” k řadě nevítaných poruch. Přístroje a experimenty sestavil mezinárodní tým vedený fyzikem Pan Jian-Weiem, který pracuje na čínské Univerzitě pro vědu a technologii v Hefei.

Šifrovací klíče

Posláním družice QUESS je především prakticky vyzkoušet základní principy kvantové komunikace ve „vesmírném měřítku“, tedy mezi družicí létající ve výšce kolem 500 kilometrů a povrchem Země. Čína totiž dlouhodobě plánuje vytvořit globální kvantovou komunikační síť (kolem roku 2030), kterou by nešlo žádným nekvantovým způsobem odposlouchávat ani do ní proniknout (hacknout ji).

Základní vlastností kvantové komunikace, kterou má družice vyzkoušet, je nezachytitelná distribuce a kombinace kvantových šifrovacích klíčů, která bude probíhat díky jejich retranslaci přes družici mezi Pekingem, jinými místy v Číně a další laboratoří ve Vídni.

Pro budoucí globální kvantovou komunikaci tohoto typu bude samozřejmě třeba vypustit do vesmíru ještě řadu dalších družic, s čímž Čína ve svých plánech počítá (mluví se o počtu kolem 20). Zároveň ovšem Čína buduje i pozemní kvantovou komunikační síť mezi Pekingem a Šanghají. Nejdříve bude Panův tým zkoušet družici 3 měsíce z provozního hlediska.

Pak předá pomyslný „kontrolní pult“ dalším vědcům, aby mohli s družicí provádět své komunikační experimenty, po dobu asi dvou let. Také další vědecké týmy ve světě připravují experimenty s kvantovou komunikací ve vesmíru, jmenovitě např. Středisko pro kvantové technologie v Singapuru. V tomto oboru pracují i vědci z dalších zemí.

Kromě Rakouska, kde je zakladatelem příslušného vědního oboru profesor Anton Zeilinger, se jedná např. o USA, Itálii, Kanadu, Rusko, Velkou Británii a Japonsko. Pozorovatelé odhadují, že Čína nyní udává tón v oblasti kvantové komunikace zejména proto, že na příslušný výzkum uvolňuje miliardy až desetimiliardy dolarů.

Zdroje: Phys.Org, IEEE Spectrum, Nature, Wall Street Journal, Engadget, Hacker News, Orbiter.ch Space News, New Scientist, Popular Science, AstroWatch, Spaceflight101, Popular Mechanics, Tech Times, Youtube

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio