Europa föreslår billig kvantoptiklänk till rymdstationen

Ett av den moderna fysikens stora mysterier är kopplingen mellan kvantmekanik och allmän relativitet eller gravitation. Men kvantfenomen förekommer i allmänhet på de allra minsta skalorna medan gravitationen i allmänhet skördar på de största skalorna. Aldrig ska de två mötas.

Åtminstone inte utan några smarta tankar. En idé är att trasssla in ett par fotoner, hänga på den ena och skicka den andra över ett så stort avstånd att gravitationen är signifikant, med andra ord tillräckligt långt för att rymdens gravitationskrökning ska spela in.

Frågan i fråga är om förvecklingen – ett rent kvantfenomen – 'känner' denna krökning på samma sätt som rent klassiska saker, som människor.

Det nödvändiga avståndet är inte så långt – några hundra kilometer borde göra susen.

Men det finns ett problem. De längsta vetenskapsmännen har skickat intrasslade fotoner är bara 144 kilometer. och på grund av atmosfäriska förluster och krökningen av jordens yta, är det enda sättet att gå längre att skjuta fotoner rakt uppåt, ut i rymden.

Idag föreslår Thomas Scheidl vid Österrikiska vetenskapsakademin i Wien och ett par kompisar ett enkelt och relativt billigt sätt att göra den här typen av experiment för första gången med hjälp av den internationella rymdstationen (ISS), som kretsar på en höjd av ca. 400 kilometer.

Deras plan är att skapa intrasslade fotoner på marken och stråla upp dem till ISS. Det kommer runt ett viktigt problem med den här typen av arbete, vilket är att mycket av den hårdvara som behövs för att skapa intrasslade fotoner – lasrar, olinjära material etc – ännu inte är kvalificerade för användning i rymden och att få en sådan kvalifikation är en dyr affär.

Så att lämna allt det här på marken är en vettig idé. Allt du behöver i rymden är en sensor som kan detektera fotoner och deras polarisation. Med andra ord en kamera.

Som det visar sig är den internationella rymdstationen inte ett dåligt ställe att placera en sådan enhet. Den har redan ett kamerafäste i kupolen, det sju-fönsterfönster som ger astronauter en avundsvärd utsikt över planeten.

Kupolen har fönster gjorda av fyra vakuumseparerade glasrutor. Ändå beräknar Scheidl och co att tillräckligt många fotoner borde komma igenom för att göra god vetenskap.

Och fästet är motoriserat för att motverka rymdstationens rörelse så att astronauter kan ta extraordinära bilder av vår värld.

Scheidl och co:s plan är att bygga en fotonsensor i kamerastorlek som passar på detta motoriserade fäste och tittar på fotoner som avfyras från labb i Österrike eller på Kanarieöarna.

De beräknar att ISS borde passera deras labb sju eller åtta gånger i månaden och var och en erbjuder ett 20-sekunders fönster för att skicka de intrasslade fotonerna för sensorn ombord att fånga.

En sådan kamera skulle vara enkel att bygga till en relativt låg kostnad och skulle lätt kunna kastas in på baksidan av återförsörjningsfartyget för astronauter att sätta upp när de har ledig tid.

Det ser ut som en vettig plan för att testa teknikerna för relativt lite pengar. Och det finns andra skäl att försöka.

Förutom problemen med grundläggande fysik är den här typen av arbete en viktig språngbräda mot att skapa ett kvantinternet som kan överföra helt säkra meddelanden från en del av världen till en annan via satellitlänkar.

Men kanske viktigast av allt är möjligheten att använda ISS på bästa sätt. NASA har alltid sålt den internationella rymdstationen till den amerikanska allmänheten som ett laboratorium i rymden som kommer att göra viktig vetenskap. För de som vet har det alltid varit ett skrattretande påstående.

Så ett billigt kvantoptikexperiment med potentialen att förändra våra idéer om fysik och bana väg för en ny kommunikationsteknik ger NASA chansen att återställa balansen.

Ref: arxiv.org/abs/1211.2111 :Quantum Optics Experiment to the International Space Station ISS: A Proposal

Dölj