A kvantumkommunikáció jelenleg forradalmi lépéseket tesz az ultra-biztonságos adatátvitel terén, különösen a műholdas rendszerek alkalmazásával. Eddig a gyakorlatban a kvantum összefonódott fényrészecskéket a műholdak bocsátották ki az űrből a földi állomások felé, az úgynevezett „downlink” módszerrel. Egy új kutatás azonban megmutatta, hogy lehetséges az ellenkező irányú jelátvitel is – vagyis földi állomásokról műholdak felé, ami korábban technológiai akadályok miatt elképzelhetetlennek tűnt.
A kvantumkommunikáció jelenlegi helyzete és kihívásai
A kvantumműholdak, mint például Kína 2016-ban indított Micius műholdja, már lehetővé tették az első kísérleteket a kvantumtitkosított információk űrből történő továbbítására. 2025-ben a Jinan-1 mikroműhold egy 12 900 km-es kvantumkapcsolatot hozott létre Kína és Dél-Afrika között, jelentősen előrelendítve a technológiát.
Jelenleg a legtöbb kvantumműhold úgy működik, hogy az összefonódott fotonpárokat az űrben hozzák létre, majd azok egyik felét két különböző földi állomásra küldik le. Ez a „downlink” rendszer főként kriptográfiai célokra használatos, ahol viszonylag kevés foton elegendő egy titkos kulcs generálásához.
Az uplink áttörése: földről műholdra irányuló kvantumjelek
A fordított megközelítés – vagyis hogy az összefonódott fotonpárokat földi állomások hozzák létre és küldik fel egy körülbelül 500 km magasan keringő műholdnak – eddig nem számított kivitelezhetőnek. A fő problémák között szerepelt a jelveszteség, az interferencia és a szóródás.
Professzor Simon Devitt és Alexander Solntsev vezetésével az ausztrál Technológiai Egyetem (UTS) kutatócsoportja azonban részletes modellezéssel kimutatta, hogy ez az „uplink” módszer mégis megvalósítható. A kutatás során figyelembe vették a valós környezeti tényezőket, mint például:
- a Földről érkező háttérfény és a Holdról visszaverődő napfény okozta zavarok,
- az atmoszféra hatásai,
- az optikai rendszerek tökéletlen beállítása.
Ezek alapján bebizonyosodott, hogy két különálló földi állomásból indított egyedi fényrészecske képes találkozni egy gyorsan mozgó műhold fedélzetén úgy, hogy kvantuminterszferencia jöjjön létre – ez pedig kulcsfontosságú lépés a kvantuminformáció továbbításában.
A jövő lehetőségei: nagyobb sávszélesség és praktikusabb rendszerek
A jelenlegi downlink rendszerekkel szemben az uplink megoldás számos előnyt kínál:
- Nagyobb teljesítmény: A földi állomások könnyebben hozzáférnek nagyobb energiájú adókhoz és egyszerűbben karbantarthatók.
- Erősebb jelek: Ez lehetővé teszi erősebb fotonsugarak kibocsátását, ami kritikus tényező lesz a jövőbeli kvantumszámítógép-hálózatok számára.
- Költséghatékonyság: A műholdaknak nem kell bonyolult kvantumhardvert hordozniuk; elég egy kompakt optikai egység, amely képes fogadni és interferálni az érkező fotonokat.
- Könnyebb méretezhetőség: Az uplink módszerrel kisebb méretű és olcsóbb alacsony pályán keringő műholdak is használhatók majd reléként.
A kvantuminternet jövője és társadalmi hatása
“A kvantumösszefonódás olyan lesz, mint az elektromosság,” mondja Prof. Devitt. Ez azt jelenti, hogy a jövőben ez az erőforrás egy láthatatlan „áramként” fog szolgálni különféle eszközök számára – egyszerűen csak csatlakoztatjuk őket egy összefonódási forráshoz és egy energiaforráshoz, amelyek segítségével új funkciókat valósíthatnak meg.
A kutatás nemcsak technológiai áttörést jelent, hanem azt is szemlélteti, hogyan tudnak együttműködni különböző tudományterületek – például a kvantumnetworking, rendszermodellezés és fotonika szakértői – egyetlen komplex probléma megoldása érdekében.
Kitekintés: hogyan tesztelik majd az uplink rendszereket?
A kutatók szerint hamarosan kísérleti úton is igazolható lesz az uplink koncepció például drónok vagy ballonokra szerelt vevők segítségével. Ez fontos lépés lesz afelé, hogy országokon és kontinenseken átívelő kvantumnetworkök jöhessenek létre kis méretű alacsony pályán keringő műholdakkal.
Összegzés
A földről műholdra irányuló kvantumjel-továbbítás új dimenziót nyit meg a kvantumkommunikációban. Ez az áttörés nemcsak technológiai szempontból jelentős, hanem alapvetően átalakíthatja a jövőbeli adatbiztonságot és informatikai hálózatokat is. Az UTS kutatóinak eredményei megalapozhatják egy valódi globális kvantuminternet kialakulását – ahol nagy sávszélességű, megbízható és költséghatékony kommunikáció válik elérhetővé mindenki számára.
Forrás: https://phys.org/news/2025-11-scientists-reveal-feasible-quantum-earth.html