Inside Quantum Technology's Inside Scoop: Quantum en de ruimtevaartindustrie

De kruising van quantum computing met de ruimtevaartindustrie zorgt ervoor dat twee technologieën van de volgende generatie met elkaar kunnen botsen. Met fenomenen als kwantumverstrengeling, kwantumapparaten in de ruimte, zoals satellietenkan de volgende fase van de kwantumtechnologie mogelijk maken: het kwantuminternet. Dat meldt het quantumcomputerbedrijf IonQ's hoofdwetenschapper Chris Monroe: “Twee gebruiksscenario's voor kwantumtechnologie in de ruimte omvatten (a) veilige communicatie, zelfs over meerdere knooppunten, verzekerd door de wetten van de kwantumfysica, en (b) gedistribueerde sensoren die bepaalde grootheden met zeer weinig ruis kunnen meten. In beide gevallen zouden de communicatiekanalen kwantumcomputers op elk knooppunt nodig hebben als repeatercircuits, waardoor de behoefte aan kleine, lichtgewicht kwantumcomputersystemen overbodig wordt.’

Momenteel gebruiken de kwantumsatellieten die worden ontwikkeld QKD (Quantum Key Distribution), wat betekent dat een set sleutels wordt gedeeld tussen de ontvanger en de zender. Dit zorgt voor een veiligere verbinding. Toekomstige satellietprojecten hopen kwantumverstrengeling te gebruiken om een ​​nog grotere verstrengeling te creëren beveiligen en snellere verbinding. Volgens een 2022 Forbes dit artikel: “De quantum-verstrengelde link maakt de teleportatie van informatie met de snelheid van het licht mogelijk, maar betekent ook dat elke poging om het signaal te onderscheppen de link onmiddellijk verbreekt, waardoor hacken onmogelijk wordt.” Deze veiligere verbindingen kunnen veel verschillende industrieën transformeren. Voormalig NASA-raketwetenschapper Olympia Le Point legde uit dat “we hoogstwaarschijnlijk zullen zien dat satellieten worden omgebouwd om Quantum Communications te benutten, wat bankgegevens, ziekenhuisgegevens en inbreuken op de nationale veiligheid zal voorkomen.” Hoewel deze verstrengelde verbindingen het spel kunnen veranderen, zijn ze lastig in stand te houden, omdat kwantumverstrengeling behoorlijk kwetsbaar is. Zoals je in de volgende paragrafen zult zien, werken veel landen eraan om kwantumverstrengelde verbindingen in de ruimte tot stand te brengen, waarbij ze gebruik maken van verschillende methoden.

China's race naar de ruimte

China werd de eerste die een QKD satelliet naar de ruimte. De satelliet, Micius genaamd, werd in 2016 gelanceerd en kon zichzelf verbinden met grondstations die meer dan 1200 km uit elkaar liggen. In juli 2022 lanceerde China een tweede QKD-satelliet die ongeveer een zesde van Micius weegt. "Volgens Wetenschap dagelijks, in augustus heeft het Chinese Tiangong 2 Space Lab kwantumcoderingssleutels verzonden naar vier grondstations die kwantumsleutels kunnen ontvangen van de in een baan om de aarde draaiende Micius-satelliet, die het ruimtestation als repeater gebruikt. Forbes dit artikel verklaard. Terwijl China eraan werkt om vooruitgang te boeken in de kwantumrace, kunnen deze twee satellieten hen mogelijk een voordeel opleveren.

De Europese ruimtevaartindustrie (de European Space Agency).

Om niet te worden overtroffen door China, de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) heeft zijn eigen plannen aangekondigd om tegen 2024 een QKD-satelliet te lanceren Adelaar-1, zal de eerste drie jaar na de lancering in een baan om de aarde doorbrengen om diagnostiek op de technologie uit te voeren. De eigenlijke satelliet wordt geleverd door het Italiaanse bedrijf SITAEL, terwijl het in Duitsland gevestigde Tesat Spacecom de QKD-lading levert. De satelliet zal worden beheerd door SES SA, een Frans-Luxemburgs telecommunicatiebedrijf. “Europese veiligheid en soevereiniteit in een toekomstige wereld van kwantumcomputers zijn van cruciaal belang voor het succes van Europa en zijn lidstaten”, legt SES SA uit. CEO Steve Collar. Hij voegde eraan toe dat het plan is “om de kwantumcommunicatie te bevorderen en het Eagle-1-systeem te ontwikkelen om in de toekomst veilige en soevereine Europese netwerken te ondersteunen.” Naast deze drie bedrijven zullen nog zeventien anderen betrokken zijn bij het plan van de ESA om een ​​QKD-satelliet de ruimte in te lanceren.

De Amerikaanse ruimtevaartindustrie (NASA).

Terwijl de VS werken aan hun eigen QKD-satellieten, heeft de National Aeronautics and Space Administration (National Aeronautics and Space Administration)NASA) richt zich op het detecteren van verstrengeling in de ruimte. Het project heet ZEE (Space Entanglement Annealing Quantum Experiment) en het zal kijken of twee fotonen in de ruimte verstrikt kunnen raken. Volgens de hoofdonderzoeker van SEAQUE: Dr. Paul Kwait van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign: “Het voordeel van het proberen de verbinding vanuit de ruimte te sluiten is dat de intensiteit van het licht feitelijk afneemt en dat het verlies daardoor veel minder door de vrije ruimte gaat dan wanneer het zou proberen een signaal te verzenden via vezels.” De onderzoekers zijn van plan om de SEAQUE-systeem (niet groter dan een melkpak) eind dit jaar. Het systeem wordt vervolgens aan de buitenkant van het Internationale Ruimtestation (ISS) bevestigd. Daar kunnen de onderzoekers testen op verstrengeling.

“SEAQUE gaat verstrengeling creëren door een proces dat spontane parametrische neerwaartse conversie wordt genoemd, waarbij een enkel foton door een niet-lineair kristal gaat en twee dochterfotonen produceert met een lagere energie”, aldus een onderzoek uit 2022. Popular Science artikel. Voor elk foton dat wordt ingevoerd, moet een paar verstrengelde dochterfotonen worden vrijgegeven. De onderzoekers zullen een detector gebruiken om het aantal fotonen te tellen dat door de verstrengelde bron wordt gegenereerd. NASA is ook van plan een andere techniek te testen waarbij SEAQUE de zenders en ontvangers kan helpen “zelfgenezing”van ruimtestraling. Als beide experimenten goed verlopen, zou SEAQUE slechts de eerste in vele fasen zijn die een verstrengeld kwantuminternet tot stand brengt.

De ruimtevaartindustrie helpen een kwantuminternet te ontwikkelen

Met verstrengelde verbindingen over lange afstanden kunnen gegevens, zoals telescoopbeelden, vanuit de ruimte sneller naar de aarde worden gestuurd. Hierdoor kunnen veel bedrijven en overheden werken aan een overkoepelende structuur voor deze verbindingen, oftewel een quantum-internet. “We zijn dichter bij het ontstaan ​​van het Quantum Internet”, voegde LePoint eraan toe. “We zien dit in de baanbrekende wetenschap van NASA in 2020, omdat het de eerste was die teleportatie over lange afstanden creëerde. Vervolgens werd in 2021 een team van hologramdoktoren 'geholoporteerd' naar de ruimte om astronauten te bezoeken die aan boord van het Internationale Ruimtestation (ISS) wonen met behulp van deze langeafstandsteleportatie. NASA legt de basis voor het Quantum Internet, dat zal leiden tot kwantumcommunicatie voor hologramcommunicatie en -technologie.” Terwijl de ruimtevaartindustrie eraan werkt om de ruimte kwantumvriendelijker te maken, zal de rest van de kwantumindustrie ongetwijfeld de vooruitgang volgen, in de hoop de technologie in de toekomst te kunnen benutten.

Kenna Hughes-Castleberry is een stafschrijver bij Inside Quantum Technology en de Science Communicator bij JILA (een samenwerking tussen de University of Colorado Boulder en NIST). Haar schrijfritmes omvatten deep tech, de metaverse en kwantumtechnologie.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/inside-quantum-technologys-inside-scoop-quantum-and-the-space-industry/