Astronautika: misije

Albert Ajnštajn je kvantnu isprepletanost nazivao „sablasnim delovanjem na daljinu“. Njegova intuicija govorila mu je da priroda ne može dozvoliti da dve čestice, razdvojene kilometrima, trenutno „znaju“ jedna za drugu. Verovao je da iza kvantne mehanike mora postojati skriveni sloj realnosti – takozvane skrivene promenljive – koje upravljaju stvarnim ishodima.

Međutim, u drugoj polovini 20. veka fizičar Džon Bel je pokazao da se to može testirati eksperimentom. Ako su skrivene promenljive zaista tu, tada određene matematičke nejednakosti, poznate kao Bellove nejednakosti, nikada ne bi smele biti prekršene. Kvantna mehanika, naprotiv, predviđa da će upravo biti prekršene.

Od tada pa do danas urađeno je stotine eksperimenata. Rezultat je uvek isti: priroda se ponaša kvantno. Nema skrivenih promenljivih koje bi nam olakšale razumevanje. Isprva su eksperimenti izvođeni u laboratorijama, na razdaljinama od nekoliko metara, pa kilometara. Ali jedno pitanje je ostajalo: da li isprepletanost preživljava i na kosmičkim razmerama, kroz atmosferu i gravitaciona polja?

Satelit Micius – kvantna fizika u orbiti

Kina je 2016. godine lansirala satelit Micius, prvi kvantni eksperimentalni satelit na svetu. Njegov zadatak bio je jednostavan, ali revolucionaran: da testira kvantnu isprepletanost u svemiru i da ispita da li fotoni, posle putovanja kroz stotine kilometara atmosfere i vakuuma, i dalje ostaju povezani.

Micius se nalazi u niskoj Zemljinoj orbiti na visini od oko 500 kilometara. Na sebi nosi izvor isprepletanih fotona, koji nastaju procesom poznatim kao spontana parametarska konverzija (SPDC): laser pogađa specijalni kristal, i iz njega izlaze parovi fotona čija su svojstva isprepletana.

Satelit zatim usmerava po jedan foton iz svakog para ka dve različite zemaljske stanice, udaljene i do 1200 kilometara.

Rezultati eksperimenata

U eksperimentima sprovedenim 2017. i 2018. godine, Micius je uspeo da pošalje isprepletane fotone do stanica u Delinghi i Lijiangu (u Kini), udaljenih više od 1200 km.

Rezultati merenja bili su izvanredni:

• Ispravnost kvantnih korelacija bila je veća od 99,5%, što je dovoljno da se Bellove nejednakosti jasno krše.
• Kvantna isprepletanost preživela je kroz prolazak kroz atmosferu, turbulenciju, i kroz razlike u gravitacionom potencijalu (jer vreme na satelitu protiče sporije nego na Zemlji).
• Efikasnost prijema je bila mala (samo nekoliko fotona u sekundi uspešno stigne), ali dovoljno da se izvede eksperiment.

Drugim rečima – priroda se ponašala kao da udaljenost ne znači ništa.

Zašto je ovo važno?

Postoje dva velika razloga:

1. Fundamentalni – fizika stvarnosti Rezultati pokazuju da kvantna isprepletanost ne zavisi od prostora i vremena na način kako mi to intuitivno zamišljamo. Dve čestice razdvojene 1200 kilometara i dalje čine jedan sistem, opisiv zajedničkom talasnom funkcijom.

To potvrđuje da kvantna mehanika važi i u uslovima gde gravitacija (opisana Ajnštajnovom relativnošću) menja proticanje vremena. Time se stvara most ka budućoj „teoriji svega“, koja bi ujedinila relativnost i kvantnu mehaniku.

2. Praktični – kvantne komunikacije Ako fotoni mogu da zadrže isprepletanost i nakon što prelete stotine kilometara iz svemira, to znači da možemo da izgradimo kvantni internet.

U takvoj mreži komunikacija bi bila apsolutno sigurna, jer bi svaki pokušaj prisluškivanja razbio isprepletanost i odmah bio otkriven. Kina je već demonstrirala kvantnu distribuciju ključeva između Pekinga i Beča, koristeći upravo Micius.

Sablasno, ali stvarno

Micius je pokazao da ono što je Ajnštajn smatrao sablasnim delovanjem nije iluzija, već temeljni zakon prirode. Isprepletanost je realna i ne poznaje granice prostora i vremena koje mi doživljavamo.

Da li to znači da postoji neki dublji sloj stvarnosti – „informaciono polje“ koje prevazilazi prostor–vreme? Nauka za sada nema odgovor. Ali ono što znamo jeste da je priroda kvantno isprepletana, i da ta čudesna povezanost može postati osnova budućih komunikacija čovečanstva.