Kosmici mogą używać komunikacji kwantowej. Pozwoliłaby im porozumiewać się na gigantyczne odległości

W tym artykule:

1. Jak porozumiewaliby się kosmici?
2. Co to jest kwantowe splątanie?
3. Co to jest dekoherencja?
4. Jak wysyłać informacje w kosmosie?

Jak wielki jest Wszechświat? Szacuje się, że jego widzialna część ma średnicę 93 mld lat świetlnych. To oznacza, że najszybsze w kosmosie światło – podróżujące w próżni z prędkością 300 tys. km/s – potrzebowałoby prawie 100 mld lat, by przelecieć z jednego końca Wszechświata na drugi.

Tak ogromne odległości to problem nie tylko dla cywilizacji planujących długie loty kosmiczne. Dystanse w kosmosie są również przeszkodą w wysyłaniu i odbieraniu jakichkolwiek informacji, które pochodzą z odległych części Wszechświata. Patrząc na niebo w dzień, widzimy Słońce takim, jakie było osiem minut wcześniej. To, co widzimy na nocnym niebie, to gwiazdy takie, jakimi w rzeczywistości były tysiące, a nawet miliony lat temu.

Jak porozumiewaliby się kosmici?

Załóżmy, że kosmosie istnieją inteligentne cywilizacje inne niż ludzka. Naukowcy od dawna zastanawiają się, jak moglibyśmy się z nimi porozumieć? Albo jak one mogłoby porozumieć się z nami, zważywszy na gigantyczne dystanse, jakie miałaby do pokonania informacja w jakiejkolwiek formie? Zdaniem niektórych badaczy odpowiedzią jest kwantowa komunikacja.

Gigantyczne struktury we Wszechświecie obracają się, ale nikt nie wie dlaczego

Największe znane struktury we Wszechświecie, tak zwane włókna, obracają się – wynika z pomiarów. Jednak przyczyny tego zjawiska są nieznane.

Kwestię, jak kosmici mogliby wysyłać nam informacje z jej pomocą, przeanalizowali naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu. Ich praca na ten temat ukazała się właśnie w czasopiśmie naukowym „Physical Review D”.

Co to jest kwantowe splątanie?

Kwantowa komunikacja jest w tej chwili intensywnie badana i rozwijana na Ziemi. Zdaniem naukowców stanowi ona bowiem sposób na uczynienie sieci internetowej jeszcze bezpieczniejszą, a danych cyfrowych – niemożliwych do przechwycenia.

Zjawisko, które to umożliwia, to kwantowe splątanie. Należy ono do grupy dziwnych mechanizmów, które rządzą najmniejszymi elementami materii – cząstkami ze świata kwantów. W niezwykle małych skalach zasady fizyczne, jakie znamy z makroskopowego świata, przestają obowiązywać. Zamiast tego działa zupełnie inny zestaw praw.

Splątanie oznacza, że dwa kwantowe obiekty tworzą pewną całość. Jeśli w jakikolwiek sposób zmieni się stan jednego z nich, wpłynie to natychmiast na drugi. I nie ma tu znaczenia, jak daleko są od siebie splątane cząstki: nanometry czy miliardy lat świetlnych.

Co to jest dekoherencja?

Ta właściwość powoduje, że splątanie można wykorzystać do bezpiecznego przekazywania informacji. Nie ma bowiem możliwości oddziaływania na jedną cząstkę tak, by nie „odczuła” tego druga cząstka.

Niesporczak Schrödingera – polski fizyk wprowadził zwierzę w stan kwantowej superpozycji. Jak to możliwe?

Niesporczak to pierwsze w historii wielokomórkowe zwierzę wprowadzone w nieokreślony, kwantowy stan. Czy niesporczak podzielił los słynnego kota Schrödingera?

Niestety, gdy cząstka oddziałuje z otoczeniem, np. jakąkolwiek materią w kosmosie, może dojść do dekoherencji. Czyli – w uproszczeniu – zerwania splątania kwantowego. To powoduje, że świat kwantowy cechuje duża niestabilność. Nawet najlepsze istniejące obecnie światłowody nie są na tyle doskonałe, by nie dochodziło w nich do rozproszenia przesyłanych fotonów. W sytuacji, gdy byłyby one nośnikiem kwantowej informacji, taka informacja natychmiast uległaby zniszczeniu.

Jak wysyłać informacje w kosmosie?

To jednak nie oznacza, że kwantowa komunikacja staje się nieprzydatna jako narzędzie międzygwiezdnego porozumiewania się. Zdaniem badaczy, w kosmosie jest ona możliwa, ponieważ jest w nim o wiele mniej materii niż na Ziemi. Co oznacza, że cząstki mogą pokonać ogromne dystanse, zanim dojdzie do dekoherencji. Naukowcy policzyli, że fotony promieniowania rentgenowskiego mogłyby pokonać całą Drogę Mleczną, zanim cokolwiek wpłynęłoby na ich stan kwantowy.

A to oznacza, że inne inteligentne cywilizacje mogłyby używać tej metody do komunikowania się ze sobą albo do wysyłania informacji w kosmos. – Kwantowa komunikacja oparta na fotonach jest potencjalnie możliwa w przestrzeni międzygwiezdnej – napisali w swoim artykule Arjun Berera i Jaime Calderón-Figueroa. – Dotyczy to szczególnie fotonów promieniowania rentgenowskiego o masie mniejszej niż masa elektronu – dodali.

– Co do zasady powinno więc być możliwe odkrycie sygnału kwantowego wysyłanego przez ciało astrofizyczne lub nawet pozaziemską cywilizację – zauważają badacze. Zwracają jednak uwagę, że nawet kwantowa komunikacja podlega barierze prędkości światła, określającej maksymalną prędkość, z jaką mogą poruszać się fotony.

Przełom w badaniach nad kryształami czasu. To drzwi do budowy urządzeń kwantowych

Istnienie kryształów czasu, szczególnie fascynującego stanu materii, zostało potwierdzone zaledwie kilka lat temu. Teraz fizycy dokonali kolejnego przełomu – wywołali i zaobserwowali inter...

Warto też pamiętać, że fizyka kwantowa umożliwiałaby błyskawiczną transmisję danych między nadajnikiem a odbiornikiem. Najpierw jednak trzeba dostarczyć odbiornik do odległej lokalizacji. A to musi się odbywać z prędkością mniejszą od prędkości światła, a więc np. na pokładzie konwencjonalnej rakiety.

Źródło: Physical Review D, space.com.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com