Inside Scoop sulla tecnologia quantistica: la quantistica e l'industria spaziale

Ripubblicato da Platone

Seguaci: 0

L'industria spaziale sta rapidamente collaborando con le società di informatica quantistica per cercare di sviluppare una forma di comunicazione più sicura.

By Kenna Hughes-Castleberry pubblicato il 16 dicembre 2022

L'intersezione dell'informatica quantistica con l'industria spaziale consente a due tecnologie di nuova generazione di scontrarsi. Con fenomeni come entanglement quantistico, dispositivi quantistici nello spazio, come satelliti, può consentire la fase successiva della tecnologia quantistica: l'internet quantistico. Secondo la società di computer quantistici IonQ's Capo Scienziato Chris Monroe: “Due casi d'uso per la tecnologia quantistica nello spazio includono (a) comunicazioni sicure, anche su più nodi, garantite dalle leggi della fisica quantistica, e (b) sensori distribuiti in grado di misurare determinate quantità con un rumore molto basso. In entrambi i casi, i canali di comunicazione richiederebbero computer quantistici su ciascun nodo come circuiti ripetitori, ovviando così alla necessità di piccoli sistemi di computer quantistici leggeri».

Attualmente, i satelliti quantistici in fase di sviluppo utilizzano QKD (Quantum Key Distribution), il che significa che un insieme di chiavi è condiviso tra il destinatario e il mittente. Ciò consente una connessione più sicura. I futuri progetti satellitari sperano di utilizzare l'entanglement quantistico per crearne ancora di più sicuro e collegamento più veloce. Secondo un 2022 Forbes articolo: "Il collegamento quantistico consente il teletrasporto di informazioni alla velocità della luce, ma significa anche che qualsiasi tentativo di intercettare il segnale interrompe immediatamente il collegamento, rendendo impossibile l'hacking." Questi collegamenti più sicuri possono trasformare molti settori diversi. Ex scienziato missilistico della NASA Olympia LePoint ha spiegato che "molto probabilmente vedremo i satelliti convertiti per sfruttare le comunicazioni quantistiche che impediranno dati bancari, dati ospedalieri e violazioni della sicurezza nazionale". Sebbene queste connessioni entangled possano cambiare le regole del gioco, sono difficili da mantenere, poiché l'entanglement quantistico è piuttosto fragile. Come vedrai nelle sezioni seguenti, molti paesi stanno lavorando per realizzare connessioni di entanglement quantistico nello spazio, semplicemente usando metodi diversi.

La corsa allo spazio della Cina

Cina è diventato il primo a inviare a QKD satellite nello spazio. Chiamato Micius, il satellite è stato lanciato nel 2016 e potrebbe connettersi a stazioni terrestri distanti oltre 1200 km. Nel luglio del 2022, la Cina ha lanciato un secondo satellite QKD che pesa circa un sesto di Micius. "Secondo Scienza quotidiana, ad agosto, il laboratorio spaziale cinese Tiangong 2 ha trasmesso chiavi di crittografia quantistica a quattro stazioni di terra in grado di ricevere chiavi quantistiche dal satellite orbitante Micius, che utilizza la stazione spaziale come ripetitore. Forbes articolo ha dichiarato. Poiché la Cina sta lavorando per andare avanti nella corsa quantistica, questi due satelliti potrebbero contribuire a dare loro un possibile vantaggio.

L'industria spaziale europea (l'Agenzia spaziale europea).

Per non essere da meno della Cina, l'Agenzia spaziale europea (ESA) ha annunciato i propri piani per lanciare un satellite QKD entro il 2024. Il sistema, chiamato Aquila-1, trascorrerà i primi tre anni dopo il lancio in orbita per eseguire la diagnostica sulla tecnologia. Il satellite vero e proprio è fornito dalla società italiana SITAEL, mentre la tedesca Tesat Spacecom fornisce il carico utile QKD. Il satellite sarà gestito da SES SA, una società di telecomunicazioni franco-lussemburghese. "La sicurezza e la sovranità europee in un mondo futuro di informatica quantistica sono fondamentali per il successo dell'Europa e dei suoi Stati membri", ha spiegato SES SA. CEO Steve Collare. Ha aggiunto che il piano è "far avanzare le comunicazioni quantistiche e sviluppare il sistema Eagle-1 per supportare reti europee sicure e sovrane in futuro". Oltre a queste tre società, altre 17 saranno coinvolte nel piano dell'ESA di lanciare nello spazio un satellite QKD.

L'industria spaziale statunitense (NASA).

Mentre gli Stati Uniti stanno lavorando sui propri satelliti QKD, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) si sta concentrando sul rilevamento dell'entanglement nello spazio. Il progetto si chiama MARE (Space Entanglement Annealing Quantum Experiment) e vedrà se due fotoni possono essere entangled nello spazio. Secondo l'investigatore principale di SEAQUE, Il dottor Paul Kwait dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign: "Il vantaggio di provare a chiudere il collegamento dallo spazio è che l'intensità della luce sostanzialmente diminuisce e quindi nella perdita è molto meno passare attraverso lo spazio libero di quanto sarebbe provare a inviare un segnale attraverso la fibra.” I ricercatori hanno in programma di lanciare il Sistema SEAQUE (non più grande di un cartone di latte) alla fine di quest'anno. Il sistema sarà quindi collegato all'esterno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Lì i ricercatori possono testare l'entanglement.

"SEAQUE creerà entanglement attraverso un processo chiamato down-conversion parametrica spontanea, in cui un singolo fotone passa attraverso un cristallo non lineare e produce due fotoni figli che sono di energia inferiore" ha affermato un 2022 Popular Science articolo. Per ogni fotone immesso, dovrebbe essere rilasciata una coppia di fotoni figli entangled. I ricercatori utilizzeranno un rilevatore per contare il numero di fotoni generati dalla sorgente entangled. La NASA prevede inoltre di testare una tecnica diversa in cui SEAQUE può aiutare i trasmettitori e i ricevitori”auto-guarire” dalle radiazioni spaziali. Se entrambi questi esperimenti andranno bene, SEAQUE sarebbe solo il primo di molte fasi a stabilire un Internet quantistico entangled.

Aiutare l'industria spaziale a sviluppare un Internet quantico

Con connessioni entangled a lunga distanza, i dati, come le immagini del telescopio, possono essere inviati sulla Terra dallo spazio a una velocità maggiore. Ciò consente a molte aziende e governi di lavorare su una struttura globale per queste connessioni, o un Internet quantistico. "Siamo più vicini a vedere la nascita di Quantum Internet", ha aggiunto LePoint. “Lo vediamo nella scienza rivoluzionaria della NASA del 2020 nell'essere la prima a creare il teletrasporto a lunga distanza. Poi, nel 2021, un team di medici dell'ologramma è stato 'oloportato' nello spazio per visitare gli astronauti che vivono a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) utilizzando questo teletrasporto a lunga distanza. La NASA sta gettando le basi per l'Internet quantistico, che porterà a comunicazioni quantistiche per la comunicazione e la tecnologia degli ologrammi". Mentre l'industria spaziale lavora per rendere lo spazio più compatibile con i quanti, il resto dell'industria quantistica seguirà senza dubbio i progressi, sperando di sfruttare la tecnologia in futuro.

Kenna Hughes-Castleberry è una scrittrice presso Inside Quantum Technology e Science Communicator presso JILA (una partnership tra l'Università del Colorado Boulder e il NIST). I suoi ritmi di scrittura includono la tecnologia profonda, il metaverso e la tecnologia quantistica.