【量子力学】宇宙空間を経由した量子テレポーテーションに初めて成功？

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宇宙空間を経由した量子通信に初めて成功した
Jacob Aron, 16:53 26 June 2014

秘密が守られるか心配だって？この話は量子ぐらいの慰めにはなるだろう。宇宙空間を
経由した量子通信が初めて成功し、超安全通信衛星の実現への道が開かれた。

秘密暗号鍵を量子リンクを通して転送することは、安全に情報通信する究極の方法だ。
その理由は量子力学の法則のおかげで鍵を盗聴するあらゆる試みが曝かれてしまうから
だ。量子力学によると盗聴によって盗聴者の存在をばらす変化が伝えられる。

この技術はすでに光ケーブルで実現済みだが、真の世界的ネットワークを実現するには
遠距離地点の間で量子データをビームする衛星が必要だ。これが動くかどうかをテスト
するために、パドヴァ大学（イタリア）のパオロ・ヴィロレージ（Paolo Villoresi）らは
超高反射鏡で覆われた複数の衛星を使った。これらの衛星は普段はレーザービームを地球に
跳ね返すのに使われている。返ってくるまでにかかる時間は重力の変化を敏感に検知する。

◆記録の弾み

2007年、チームはマテーラ・レーザー測距観測所（MLRO、イタリア）を使って光のビームを
宇宙空間に送り、日本の衛星「あじさい」が反射した単光子を検知した。最新の実験で、
彼らは光子を4つの異なった量子状態（暗号鍵を生成するのに必要な最少）に準備し、
MLROを使って宇宙空間に送った。チームは最大で2600キロメートル上空にある5機の衛星
から反射してきた量子ビット（キュービット）の受信に成功した。量子情報転送のこれ
までの記録は地球上の2地点間の144キロメートルであり、この実験が大きく破った。

シグナルの一部ではない背景光子を数えたのではないことを確証するために、チームは
レーザーパルスのタイミングを精密にして、狭いタイムウィンドウの外側から来たあら
ゆる光を除外した。観測所が送受信の両方を務めるため、チームは暗号化メッセージを
送らないことに決めた。だが、チームは光子が1秒あたり約1ビットの暗号データを送る
ことができたと考えている。

量子衛星が完成する前でも量子通信の方法はある。光は乱れた空気に比べて光ケーブルを
通るほうが簡単に進むため、この技術の地上の商用バージョンは少なくとも毎秒1メガ
ビットというはるかに速いレートで暗号データを転送できる。

ヴィロレージはこの性能を1957年に打ち上げられた初めての衛星、スプートニクに例えて
説明している。「当時のコメントは、『なんて素敵、衛星はビープ音を少しだけ送れて、
まったく役立たず』だった」と彼は話した。「我々はだいたい同じ水準だ」。しかし非常に
限られたデータチャネルでも宇宙機に安全な命令を送るのに使える、と彼は話した。

◆量子通信に近づく

量子光学量子情報研究所（オーストリア）のルパート・ウルジン（Rupert Ursin）は
ヴィロレージのチームが量子ビットを、数十秒空けた4回のバーストで送ったことを指摘
している。それは彼らが4つの量子状態を一度に検出したのではなく、真の量子衛星に
不可欠と考えられることが実験されていないことを意味する。

中国科学技術大学（合肥）の潘建偉（Jian-Wei Pan）はたくさんの光子が転送中に失われて
いるため、シグナルが完全な量子鍵を転送するのに十分な強さか確信が持てないと注意した。
しかし潘とウルジンは2人とも、この研究によって量子通信技術は実現に近づいたと話した。
>>2以降につづく

ソース：NewScientist（26 June 2014）
First quantum transmission sent through space
http://www.newscientist.com/article/dn25798-first-quantum-transmission-sent-through-space.html

原論文：arXiv
Giuseppe Vallone, Davide Bacco, Daniele Dequal, Simone Gaiarin, Vincenza Luceri,
Giuseppe Bianco, Paolo Villoresi. Experimental Satellite Quantum Communications.
http://arxiv.org/abs/1406.4051