Η ιδέα ενός παγκόσμιου δικτύου κβαντικών επικοινωνιών, ενός πραγματικού κβαντικού internet, έρχεται ένα ακόμη βήμα πιο κοντά προς την υλοποίηση. Για πρώτη φορά, ερευνητές απέδειξαν ότι μια κβαντική δέσμη μπορεί να σταλεί από τη Γη προς το Διάστημα, ανατρέποντας τη μέχρι τώρα κατεύθυνση των πειραμάτων. Τα αποτελέσματα, δημοσιευμένα στο Physical Review Research, δεν αφορούν απλώς μια τεχνική επίδειξη, αλλά σηματοδοτούν ένα σημαντικό βήμα προς ένα παγκόσμιο σύστημα ασφαλών, άθραυστων επικοινωνιών.
Μέχρι σήμερα, όλες οι επιτυχημένες κβαντικές συνδέσεις ακολουθούσαν την αντίθετη διαδρομή: από το Διάστημα προς τη Γη. Ο κινεζικός δορυφόρος Micius, που εκτοξεύτηκε το 2016, άνοιξε τον δρόμο της κβαντικής κρυπτογράφησης αποστέλλοντας ζεύγη διεμπλεκόμενων φωτονίων σε δύο σταθμούς εδάφους. Αργότερα, το 2025, το μικροδορυφορικό πρόγραμμα Jinan-1 κατάφερε να στήσει μια κβαντική σύνδεση 12.900 χιλιομέτρων μεταξύ Κίνας και Νότιας Αφρικής, ένα εντυπωσιακό ρεκόρ για την εποχή του.
Τώρα, όμως, μια ομάδα από το Sydney University of Technology (UTS), υπό την καθοδήγηση των Alexander Solntsev και Simon Devitt, προτείνει μια διαφορετική και σε ορισμένες περιπτώσεις πιο αποδοτική προσέγγιση: κβαντική μετάδοση από τη Γη προς έναν δορυφόρο. Χρησιμοποιώντας ένα λεπτομερές θεωρητικό μοντέλο, έδειξαν ότι όχι μόνο είναι εφικτό το uplink, αλλά μπορεί να υπερέχει λειτουργικά, υπό συγκεκριμένες συνθήκες.
Η αρχή είναι εντυπωσιακά απλή στη σύλληψη, αλλά εξαιρετικά απαιτητική στην εφαρμογή: δύο ανεξάρτητα φωτόνια αποστέλλονται ταυτόχρονα από διαφορετικούς σταθμούς στο έδαφος προς έναν δορυφόρο σε τροχιά περίπου 500 χιλιομέτρων, ο οποίος κινείται με ταχύτητα 20.000 χιλιομέτρων την ώρα. Στόχος είναι τα δύο φωτόνια να φτάσουν στο ίδιο σημείο, την ίδια στιγμή, και να αλληλεπιδράσουν κβαντικά, παρά τα τεράστια περιβαλλοντικά εμπόδια.
Για να αξιολογήσουν αν αυτό μπορεί να γίνει πραγματικότητα, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν στο μοντέλο τους κάθε πιθανή πηγή προβλήματος: διάχυση μέσα στην ατμόσφαιρα, φωτορύπανση από την επιφάνεια της Γης, καθώς και τη λάμψη της Σελήνης που θα μπορούσε να μπερδέψει τους ανιχνευτές. Ακόμη και έτσι, οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η σύνδεση παραμένει σταθερή και ότι η κβαντική συμβολή μπορεί να μετρηθεί καθαρά.
Αν η προσέγγιση επιβεβαιωθεί και στην πράξη, μεταμορφώνει τον τρόπο με τον οποίο θα σχεδιαστούν τα μελλοντικά κβαντικά δίκτυα. Τα δορυφορικά συστήματα χαμηλής τροχιάς θα μπορούσαν να λειτουργούν κυρίως ως δέκτες, χωρίς την ανάγκη πολύπλοκων onboard πηγών κβαντικού φωτός. Αυτό θα μείωνε δραστικά το βάρος και το κόστος των δορυφόρων, επιτρέποντας την ανάπτυξη μεγαλύτερων και πιο ευέλικτων αστερισμών. Παράλληλα, το γεγονός ότι υπάρχουν πολλαπλοί σταθμοί εκπομπής στη Γη σημαίνει ότι οι κβαντικές συνδέσεις θα μπορούν να δημιουργούνται σχεδόν οπουδήποτε στον πλανήτη.
Ο Simon Devitt εξηγεί ότι ένα πραγματικό κβαντικό internet θα χρειάζεται τεράστιο εύρος ζώνης, πολύ μεγαλύτερο από αυτό που απαιτείται σήμερα για κβαντική κρυπτογράφηση σημείο-προς-σημείο. Τα uplinks, όπως αναφέρει, δίνουν τη δυνατότητα για κλιμάκωση, δημιουργώντας ένα δίκτυο που μπορεί να αναπτυχθεί με πολύ πιο οργανικό τρόπο.
Στο μέλλον, τέτοιες τεχνολογίες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως οι βασικές «ραχοκοκαλιές» για τη διασύνδεση κβαντικών υπολογιστών σε διαφορετικές ηπείρους. Αντί για τις περιορισμένες εργαστηριακές εφαρμογές του σήμερα, το κβαντικό διεμπλοκόμενο σήμα θα μπορούσε να γίνει ένας αόρατος πόρος εξίσου κρίσιμος με το Wi-Fi ή τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας.
Αν και τα αποτελέσματα του UTS βασίζονται ακόμη σε προσομοιώσεις, η έρευνα παρέχει την πιο πειστική απόδειξη μέχρι τώρα ότι το μέλλον των κβαντικών επικοινωνιών μπορεί να περάσει από τη Γη στο Διάστημα και όχι μόνο από το Διάστημα στη Γη. Με έναν στόλο μικρών, οικονομικών δορυφόρων να λειτουργεί ως κόμβοι κβαντικής εμπλοκής, το όραμα ενός πλήρως λειτουργικού κβαντικού internet μοιάζει περισσότερο απτό από ποτέ.
