211service.com
Europa stelt goedkope Quantum Optics-verbinding met het ruimtestation voor
Een van de grote mysteries van de moderne natuurkunde is het verband tussen de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie of zwaartekracht. Maar kwantumverschijnselen komen over het algemeen voor op de allerkleinste schalen, terwijl de zwaartekracht zich over het algemeen op de grootste schalen voordoet. Nooit zullen de twee elkaar ontmoeten.
Althans, niet zonder slim denkwerk. Een idee is om een paar fotonen te verstrengelen, aan de ene te hangen en de andere over een afstand te sturen die zo groot is dat de zwaartekracht significant is, met andere woorden, ver genoeg om de zwaartekrachtkromming van de ruimte in het spel te brengen.
De vraag is of de verstrengeling – een puur kwantumverschijnsel – deze kromming op dezelfde manier ‘voelt’ als puur klassieke dingen, zoals de mens.
De vereiste afstand is niet zo ver - een paar honderd kilometer zou voldoende moeten zijn.
Maar er is een probleem. De verste wetenschappers die verstrengelde fotonen hebben gestuurd, zijn slechts 144 kilometer. en vanwege atmosferische verliezen en de kromming van het aardoppervlak, is de enige manier om verder te gaan fotonen recht omhoog de ruimte in te schieten.
Tegenwoordig suggereert Thomas Scheidl van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Wenen en een paar vrienden een eenvoudige en relatief goedkope manier om dit soort experimenten voor het eerst uit te voeren met behulp van het International Space Station (ISS), dat op een hoogte van ongeveer 400 kilometer.
Hun plan is om verstrengelde fotonen op de grond te creëren en deze naar het ISS te stralen. Dat lost een belangrijk probleem met dit soort werk op, namelijk dat veel van de hardware die nodig is voor het maken van verstrengelde fotonen - de lasers, niet-lineaire materialen enz. - nog niet gekwalificeerd is voor gebruik in de ruimte en het verkrijgen van een dergelijke kwalificatie is een dure aangelegenheid.
Dus al deze spullen op de grond laten liggen is een verstandig idee. Alles wat je in de ruimte nodig hebt, is een sensor die fotonen en hun polarisatie kan detecteren. Oftewel een camera.
Het blijkt dat het internationale ruimtestation geen slechte plek is om zo'n apparaat te plaatsen. Het heeft al een camerabevestiging in zijn koepel, het kijkgebied met zeven ramen dat astronauten een benijdenswaardig uitzicht op de planeet geeft.
De koepel heeft ramen van vier vacuümgescheiden glasplaten. Toch berekenen Scheidl en co dat er genoeg fotonen door moeten om goede wetenschap te kunnen bedrijven.
En de houder is gemotoriseerd om de beweging van het ruimtestation tegen te gaan, waardoor astronauten buitengewone beelden van onze wereld kunnen maken.
Het plan van Scheidl en co is om een fotonsensor ter grootte van een camera te bouwen die op deze gemotoriseerde houder past en kijkt naar fotonen die worden afgevuurd vanuit laboratoria in Oostenrijk of op de Canarische Eilanden.
Ze berekenen dat het ISS zeven of acht keer per maand langs hun laboratoria zou moeten gaan, elk met een venster van 20 seconden om de verstrengelde fotonen naar de sensor aan boord te sturen om te vangen.
Zo'n camera zou eenvoudig te bouwen zijn tegen relatief lage kosten en zou gemakkelijk in de achterkant van het bevoorradingsschip kunnen worden gegooid zodat astronauten ze kunnen opzetten wanneer ze vrij moment hebben.
Dat lijkt een verstandig plan om de technieken voor relatief weinig geld te testen. En er zijn nog andere redenen om het te proberen.
Naast de problemen van de fundamentele fysica, is dit soort werk een belangrijke opstap naar het opzetten van een kwantuminternet dat via satellietverbindingen perfect beveiligde berichten van het ene deel van de wereld naar het andere kan vervoeren.
Maar misschien wel het belangrijkste van alles is de mogelijkheid die het biedt om het ISS goed te gebruiken. NASA heeft het internationale ruimtestation altijd aan het Amerikaanse publiek verkocht als een laboratorium in de ruimte dat belangrijke wetenschap zal verrichten. Voor degenen die het weten, dat is altijd een lachwekkende bewering geweest.
Dus een goedkoop kwantumoptica-experiment met het potentieel om onze ideeën over natuurkunde te veranderen en de weg vrij te maken voor een nieuwe communicatietechnologie, geeft NASA de kans om het evenwicht te herstellen.
Referentie: arxiv.org/abs/1211.2111 :Kwantumoptica-experimenten naar het internationale ruimtestation ISS: een voorstel