中国の衛星は「もつれた光子」のペアを分割し、それらを745マイル（1,200キロメートル）離れた別々の地上局に送信しました。これにより、このような偉業の以前の距離記録を打ち破り、量子通信の新しい可能性を開きます。
量子物理学では、粒子が特定の方法で互いに相互作用すると、それらは「絡み合い」ます。これは基本的に、離れた場所にある場合でも接続されたままであるため、一方に対して実行されたアクションが他方に影響することを意味します。
ジャーナルScienceで今日（6月15日）にオンラインで公開された新しい研究では、研究者は、絡み合った光子ペアが747.5マイル（1,203 km）離れた地球上の2つの場所にうまく分配されたことを報告しています。
量子エンタングルメントは、物理学の基本法則をテストするためだけでなく、非常に安全な通信システムを作成するためにも興味深いアプリケーションを持っていると科学者たちは述べています。それは、量子力学が量子システムを測定することは必然的にそれを妨害すると述べているので、盗聴の試みは隠すことが不可能です。
しかし、絡み合った粒子（通常はフォトン）を長い距離に分散させることは困難です。空気中や光ファイバーケーブルを介して移動する場合、環境は粒子に干渉するため、距離が長くなると信号は減衰し、弱すぎて使用できなくなります。
2003年に、中国科学技術大学の量子物理学の教授であるPan Jianweiは、絡み合った光子ペアを地上のステーションに向けてビームするように設計された衛星ベースのシステムの研究に着手しました。アイデアは、粒子の移動のほとんどが宇宙の真空を通過するため、このシステムは環境への干渉をかなり少なくするというものでした。
「多くの人は、それをすでに奇妙なアイデアだと思っていました。シールドされた光学テーブル内で高度な量子光学実験を行うことはすでに非常に困難だったからです」とPanはLive Scienceに語った。 「では、1000キロの距離スケールで、光学要素を毎秒8キロの速度で振動させて移動させて、同様の実験を行うにはどうすればよいでしょうか？」
新しい研究では、研究者達はもつれた光子対を送信するために昨年打ち上げられた中国のMicius衛星を使用しました。衛星は、超明るいもつれ光子源と、衛星と3つの地上局でビーコンレーザーを使用して送信機と受信機を並べる高精度の取得、ポインティング、トラッキング（APT）システムを備えています。
フォトンが地上ステーションに到達すると、科学者はテストを実施し、衛星が配置された軌道のステージに応じて、994マイルから1,490マイル（1,600から2,400 km）移動したにもかかわらず、粒子がまだ絡まっていることを確認しました。
科学者によると、地球の大気の最低6マイル（10 km）だけが、光子に重大な干渉を引き起こすほど厚い。これは、科学者によると、リンクの全体的な効率が、光ファイバーケーブルを介して絡み合った光子を分配する以前の方法よりもはるかに高かったことを意味します。
「私たちはすでに、最高の通信ファイバーを使用するよりも1兆倍も効率的な2光子のエンタングルメントの分配効率を達成しています」とPan氏は述べています。 「私たちは衛星なしでは絶対に不可能なことをしました。」
実験を行うこととは別に、この種のシステムの潜在的な用途の1つは「量子鍵配布」です。量子通信システムは、ユーザーに警告せずに傍受することは不可能である2つのパーティ間で暗号鍵を共有するために使用されます。専門家によると、適切な暗号化アルゴリズムと組み合わせると、暗号化されたメッセージが通常の通信チャネルを介して送信されても、このシステムは解読できないとのことです。
イギリスのオックスフォード大学の量子物理学の教授であるArtur Ekertは、エンタングルされた光子を使用して暗号化キーを送信する方法を最初に説明しました。
「中国の実験は技術的に非常に素晴らしい成果を上げた」とEkert氏はLive Scienceに語った。 「私がオックスフォードの学生だった1991年にエンタングルベースの量子鍵配布を提案したとき、私はそれがそのような高さに上がるとは思っていませんでした！」
パン氏によると、現在の衛星は、実用的な量子通信システムでの使用にはまだ準備ができていないという。一つには、その比較的低い軌道は、各地上局が毎日約5分間しかカバーできないことを意味し、使用される光子の波長は、それが夜間のみ動作できることを意味する、と彼は言った。
カバレッジ時間とエリアを拡大することは、より高い軌道で新しい衛星を打ち上げることを意味すると、パンは言いましたが、これはより大きな望遠鏡、より正確な追跡とより高いリンク効率を必要とするでしょう。昼間の運用には、通信波長での光子の使用が必要になると彼は付け加えた。
しかし、将来の量子通信ネットワークの開発にはかなりの作業が必要となる一方で、カナダのウォータールー大学の量子コンピューティング研究所の准教授であるトーマス・ジェネウェイン氏は、パンのグループが主要な構成要素の1つを実証したと述べた。
「私は2000年以来この研究分野で働いており、宇宙からの量子もつれ実験の同様の実装について研究しており、したがって、この中国のグループが示した大胆さ、献身、およびスキルを非常に証明できます」と彼はLive Scienceに語った。 。
