ESA wil quantum-experimenten met ISS uitvoeren

Onderzoekers van onder meer de European Space Agency, de Europese tegenhanger van NASA, willen het International Space Station gaan inzetten als testplatform voor quantum-experimenten in de ruimte.

Wanneer het ISS ingezet zou worden als onderdeel van een quantumnetwerk, zou dat netwerk de grootste afstand tot dusver overbruggen. Het platform maakt zijn rondjes op ongeveer vierhonderd kilometer hoogte, terwijl ongeveer 250 kilometer nu nog de maximum afstand is waarover verstrengelde fotonen zijn geteleporteerd. Twee Oostenrijkse onderzoekers van het Institut für Quantenoptik und Quanteninformation en een medewerker van de ESA willen de haalbaarheid van een quantumnetwerk met satellieten testen door een signaal naar het ISS te sturen. Bovendien zou zo de invloed van zwaartekracht op quantumnetwerken getest kunnen worden.

Het signaal dat naar het ISS gestuurd moet worden, zou uit een helft van een verstrengeld fotonpaar moeten bestaan. Een speciale detector voor enkele fotonen zou naar het ISS getransporteerd moeten worden om de verstrengelde fotonen waar te nemen. Zo zou gecontroleerd kunnen worden of de twee verstrengelde fotonen elkaar op die afstand beïnvloeden. Ook zou het uitwisselen van quantumcryptografische sleutels, voor veilige communicatienetwerken, getest kunnen worden. De detector zou wel gebruik kunnen maken van bestaande ISS-infrastructuur, zoals een lens en gemotoriseerde camera-mount die de lens precies kan richten. Per passage van het ISS over een grondstation zou een periode van 70 seconden beschikbaar zijn voor quantumexperimenten.

Op termijn zouden de experimenten uitgebreid kunnen worden en ook zendapparatuur aan boord van satellieten kunnen behelzen. Dan zou ook een communicatienetwerk van satelliet naar satelliet mogelijk zijn. De experimenten zouden informatie over de snelheid van quantumteleportatie kunnen bieden en uitsluitsel geven over de haalbaarheid van een wereldwijd quantumnetwerk.

Reacties (24)

[Wafje]

Heeft iemand me hier wat meer informatie over verschaffen? Lijkt me interessant!

[Sibylle]

Dit is geen nieuw fenomeen oid, de meeste basiskennis is te vinden op:
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement

Op Youtube staat wat meer visuele uitleg:
https://www.youtube.com/watch?v=1BfJ06plOTs

En voor meer detail betreffende de natuurkunde:
https://www.youtube.com/watch?v=0Eeuqh9QfNI


Het enige dat nieuw is in dit geval is de afstand en de eisen aan de techniek en regelsystemen. Het principe werkt en de natuurkunde is goed genoeg begrepen om 'quantum verstrengeling' praktisch te testen. De techniek en de regelsystemen moeten echter verder ontwikkeld en afgestemd worden om alles ook daadwerkelijk goed te laten gaan.

Je moet je bedenken dat je te maken hebt met een stroom van deeltjes (fotonen zijn lichtdeeltjes) die met de snelheid van het licht reizen. 400km is dan slechts 1,3ms. Je detector zal niet alle fotonen meten, sommigen zijn onderweg wellicht beïnvloed. Er kan iets mis gaan bij het entangelen zelf etc. etc.

Vergelijk het met vroegere draadloze netwerken, toen was het erg lastig om betrouwbaar enige afstand te overbruggen ondanks dat alles goed werd begrepen (relatief) en het in het lab uitstekend leek te werken. Na veel tests op grotere afstand en het ontwikkelen van techniek kreeg men telkens meer voor elkaar en door het ontdekken van nieuwe effecten (die op kleine afstand niet optreden) wordt het begrip vergroot etc. etc.

[Relief2009]

Quantum Entanglement gebeurt instant (sneller dan de snelheid van het licht). Zonder fotonen dan.

[Reactie gewijzigd door Relief2009 op 24 juli 2024 19:38]

[Verwijderd]

De verstrengeling (entanglement), is inderdaad `gekoppeld' met een snelheid groter dan die van het licht . (minstens een factor 10000 sneller)
De verstrengelde fotonen zelf reizen echter nog wel met de snelheid van het licht, zodat ze zich nog wel netjes aan de algemene relativiteitstheorie houden (simpel gezegd: de snelheidslimiet van het universum).

Alhoewel Einstein (de bedenker van `niets gaat sneller dan het licht'), hier zelf niet echt mee kon leven, interpreteren we `sneller-dan-het-licht-koppeling' van verstrengelde fotonen tegenwoordig als een statistische correlatie. Dat wil zeggen: we kunnen deze koppeling niet gebruiken om informatie van punt A naar punt B te sturen met een snelheid groter dan die van het licht.

Wat er wel gebeurd?
We kunnen quantum entanglement beschouwen aan de hand van de volgende analogie:

Alice heeft twee doosjes:

Doosje A = Leeg
Doosje B = Bevat 1 knikker.

Alice verstuurt 1 van deze doosjes naar Bob, en de andere naar Cynthia.
Bob en Cynthia weten beiden dat er slechts 1 knikker in het spel is.
Bij het openen van het doosje weet Bob meteen wat Cynthia (die zich in Nieuw Zeeland bevindt) in haar doosje vindt. Duidelijk is echter dat Bob en Alice deze correlatie niet kunnen gebruiken om onderling informatie met elkaar uit te wisselen.

Nu: In de quantumechnica is het zo dat zelfs Alice niet weet welke doos de knikker bevat, en welke niet. Ze weet slechts dat er 2 doosjes en 1 knikker in het spel zijn.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 19:38]

[Verwijderd]

Als je in de verschafte link (http://iopscience.iop.org/1367-2630/15/4/043008/) kijkt kan je een pdf downloaden. Daar staat nogal wat in, daar ben je nog wel even mee bezig. Ik in ieder geval wel.

[tweegroenethee]

Je zou deze video kunnen kijken als 'basis':
http://www.youtube.com/watch?v=Nv1_YB1IedE (vanaf 36:00 wordt dit artikel een beetje uitgelegd). Uiteraard is de hele video heel interessant.

[Kain_niaK]

Nou liever niet, want nu zijn mijn bitcoin geheime sleutels nog veilig op een stukje papier. Maar als een quantum computer straks alle deurtjes tegelijk kan openen ipv duizend jaar lang een voor een dan zijn mijn geheime sleutels niet meer veilig ....

Aan de andere kant geven ze me misschien ook de mogelijkheid om levens echte droommeisje te renderen in een hand omdraai.

Moeilijk moeilijk moeilijk

Ik ben tegelijkertijd blij en droevig met dit nieuws, pas als de quantum computer werkelijkheid is geworden zal ik weten hoe ik me nu voel ...

[Reactie gewijzigd door Kain_niaK op 24 juli 2024 19:38]

[Verwijderd]

Voor alle duidelijkheid: een quantumcomputer is iets compleet anders dan quantumencryptie (buiten het feit dat de werking van beiden gebaseerd is op quantummechanica).
Quantumencryptie is een bestaande techniek, en wordt door enkele bedrijven al verkocht als product.
Quantumcomputers zijn vooralsnog iets waar we alleen maar van kunnen dromen, er wordt wereldwijd veel onderzoek naar gedaan. Ook in Nederland: de TU Delft + Universiteit Leiden hebben hier onlangs een grote beurs voor gekregen.

Sterker nog: het probleem waar jij op duidt (het kraken van alle mogelijke RSA sleutels met een quantumcomputer), kan in principe opgelost worden door quantumencryptie toe te passen, aangezien deze intrinsiek veilig zijn. Men kan aan het signaal zelf zien of men afgeluisterd wordt.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 19:38]

[airell]

Maar met quantum entanglement heb je toch helemaal geen encryptie meer nodig? Er is dan geen 'medium' (althans nog niet bekend) waarover deze interactie plaats vindt, dus kun je ook niet afgeluisterd worden...

edit: Het gaat volgens mij om het uitwisselen van sleutels via deze methode, maar de communicatie nog steeds op normale wijze.

[Reactie gewijzigd door airell op 24 juli 2024 19:38]

[Verwijderd]

Je hebt helemaal gelijk
Tenminste: voor het 100% veilig (afluisteraars worden gedetecteerd) uitwisselen van arbitrair lange sleutels gebruik je quantumencryptie, en het fysische principe wat daarvoor wordt gebruikt is quantum entanglement. (Tenminste: in het geval van het Ekert '91 protocol, het eerste werkende quantum encryptie protocol maakte gebruik van polarisatie van enkele fotonen).

Het enige dat ik duidelijk wilde maken is dat quantumencryptie zeker gebruikt maakt van quantum entanglement, maar dat de fotonen nog steeds reizen met de snelheid van het licht.
Deze fotonen worden inderdaad gebruikt voor het veilig maken (niet slechts versturen!) van een sleutel, niet de boodschap zelf.

Als dit eenmaal is gedaan, kan er via een willekeurig ander kanaal (onbeveiligde email) een versleutelde boodschap verstuurd worden - de sleutel voor die boodschap is immers alleen bekend bij ontvanger en verzender.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 19:38]

[PhoenixT]

Dit gaat niet over quantumcomputers! Dit gaat over communicatie via verstrengelde fotonen, dat is heel iets anders

[tweegroenethee]

Volgens mij kan er ook een sleutel worden gegenereerd met een QC, dus dan komen uit in dezelfde situatie als nu.

[Renamed Mark]

Een quantum computer kan dezelfde sleutels generen zoals onze klassieke computers dat ook doen. Het verschil is echter dat er door middel van quantum key distribution (QKD) gekeken kan worden of er iemand is die jouw communicatie probeert af te luisteren.

Dit kunnen we gebruiken om een sleutel te genereren die alleen bij de verzender en ontvanger van de communicatie bekend is. Immers als je ziet dat je wordt afgeluisterd, dan kan je gewoon nog een keer een sleutel genereren totdat je ziet dat je niet meer afgeluisterd wordt.
Door deze geheime sleutel even lang te maken als het bericht dat je wilt versturen, zal niemand achter de inhoud van jouw bericht kunnen komen. (http://nl.wikipedia.org/wiki/One-time_pad)

Doordat de techniek die QKD gebruikt al in een verder stadium zit dan het ontwerpen van een quantum computer, hoeven we niet bang te zijn dat al onze geheime gegevens straks op straat liggen.

Overigens zal je geen quantum computer nodig hebben om QKD toe te passen, alleen een detector die fotonen kan detecteren. (zoals ook in het artikel is vermeld)

[robvanwijk]

Immers als je ziet dat je wordt afgeluisterd, dan kan je gewoon nog een keer een sleutel genereren totdat je ziet dat je niet meer afgeluisterd wordt.

Ik zie een geweldige DoS aankomen... Gewoon consequent lekker mee blijven luisteren; je wordt niks wijzer, maar je legt wel het communicatie-kanaal helemaal plat.

[Renamed Mark]

Dat is mogelijk, maar omdat het maar 1 keer nodig is om de sleutel succesvol via QKD te verzenden, is het (denk ik) onwaarschijnlijk dat een DoS aanval veel nut zal hebben.

Je kan namelijk in het bericht dat je wilt versturen een nieuwe sleutel toevoegen. Het nieuwe bericht (het bericht + de nieuwe sleutel) kan je dan versleutelen met de sleutel die je via QKD gemaakt hebt. Daarna kan je het bericht via dezelfde protocollen versturen als dat we op dit moment doen. De ontvanger kan dan het bericht + de nieuwe sleutel decoderen met de sleutel die je via QKD gemaakt hebt.

Wanneer er dan weer een bericht wordt verstuurd, kan er weer een nieuwe sleutel gemaakt worden, die weer wordt samengevoegd en versleuteld wordt met de sleutel die verborgen was in het vorige bericht.

Wat dan nog wel een probleem zou kunnen zijn, is dat je niet weet hoe groot het volgende bericht zal zijn en dus ook niet weet hoe groot je volgende sleutel minimaal moet zijn.

[Bram S]

Probleem is vooral dat je met een enorme sleutel moet beginnen, en je volgend bericht de maximale lengte heeft van je beginsleutel minus de lengte van het vorige bericht (ervan uitgaande dat je de resterende ruimte volledig gebruikt voor het genereren van de nieuwe sleutel). Probleem bij QXD versleuteling blijft dat je dus fysiek contact moet hebben om het systeem veilig te maken.

[Verwijderd]

Ik veronderstel dat u quantum computing en quantum teleportation door elkaar aan het halen bent.

[Durandal]

Waarom heeft quantumcommunicatie line-of-sight nodig?

[Sibylle]

Niet per se, maar een alternatief voor een satelliet op 400km hoogte is er niet echt...

[Verwijderd]

quantumcommunicatie heeft line of sight nodig in het geval deze gebruik maakt van fotonen die door de lucht / vacuum heen worden getransporteerd.

Op de aarde zelf wordt quantumencryptie succesvol toegepast door fotonen door glasvezelkabels te transporteren (over afstanden tot wel 100km). Technieken zoals deze zouden er echter voor kunnen zorgen dat er op een `gemakkelijke' manier een wereldwijd, ononderbroken gelinked quantumnetwerk gemaakt zou kunnen worden.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 19:38]

[trogdor]

Omdat het verstrengelde fotonen zijn.

[Verwijderd]

Het veligste is straks ergens in Siberië te gaan wonen in een hutje zonder water, elektra en communicatiemiddelen, weer gezellig op elanden jacht met je geweer en hout sprokkelen om te verwarmen. .

[Simyager]

Geweer? Gebruik speren of pijl en boog, ben je nog 'natuurlijker' bezig