Tiede

Valikko
Tiede

Einsteinin aavemaisena pitämää kvanttiviestintää kokeillaan nyt avaruudessa – Kiina on ainoa, jolla on kvanttisatelliittiin tarpeeksi rahaa

Jos koe onnistuu, taivaalle nousee kvanttisatelliittien verkosto. Sillä voi viestiä salaa niin sodassa kuin rauhassa.

Kiina lähetti tiistaina 16. elokuuta avaruuteen tietoliikennesatelliitin, joka käyttää ja testaa kvanttiviestintää. Noin 600 kilon painoinen satelliitti kohosi taivaalle Jiuquanin avaruuskeskuksesta Gobin autiomaasta.

Kiina kutsuu laitetta kvanttitieteelliseksi satelliitiksi (quantum science satellite, Quess). Sille on annettu myös nimi Mozi muinaisen kiinalaisen filosofin mukaan. Mozi (kiinaksi 墨子) teki aikoinaan ensimmäisiä optisia eli valoon liittyviä kokeita.

Tällä kertaa fyysikot testaavat avaruudessa oudompaa valon ja hiukkasten käyttäytymistä. He kokeilevat, lomittuvatko valohiukkaset eli fotonit häiriöttä avaruuden tyhjässä tilassa ja pitkienkin matkojen päästä.

Lomittumisessa kahden tai useamman hiukkasen tai niiden systeemin ominaisuudet vaikuttavat toisiinsa, vaikka ne ovat erillään ja hyvinkin kaukana toisistaan.

Kärjistäen: jos kahta kvanttinoppaa heitetään Maassa ja Kuussa samaan aikaan, ne molemmat antavat saman numeron.

Ilmiö toimii atomien ja sitä pienempien hiukkasten maailmassa, jossa on omat kvanttimekaaniset lakinsa.

Se tuntuu arkijärjen vastaiselta, mutta sitä on testattu lukemattomia kertoja Maan päällä eri kokeissa. Niitä on tehty niin massattomilla valohiukkasilla kuin massaisillakin partikkeleilla.

Kuulu fyysikko Albert Einstein piti ilmiötä 1930-luvulla aavemaisena eikä halunnut uskoa moiseen ”kaukovaikutukseen”.

Maan päällä hiukkasten etäisyyttä toisistaan on venytetty kokeissa yhä suuremmaksi ja testattu, miten kaukaa tämä kvantti-ilmiö voi toimia.

Jonkinlainen maailmanennätys lomittumisessa on nyt 143 kilometriä. Kokeen toteutti Kanarian saarilla laserien avulla itävaltalainen valokvanttien tutkija, fyysikko Anton Zeilinger vuonna 2012. Nyt kvanttikokeet ovat siirtymässä avaruuteen, pieneen paineeseen ja painovoimaan.

Hanketta avaruudessa johtaa kiinalainen fyysikko Pan Jianwei, joka väitteli tohtoriksi Wienin yliopistossa juuri fyysikko Zeilingerin opeissa.

Zeilinger on mukana myös Kiinan satelliittihankkeessa. Hän on yrittänyt käännyttää Euroopan avaruusjärjestöä Esaa samanlaiseen kokeeseen jo vuodesta 2001, mutta Esa on pitänyt hanketta liian kalliina.

Satelliitti Quess tekee kokeita kolme kuukautta. Satelliitissa on kide, jonka avulla voidaan tuottaa lomittuneita fotonipareja. Tieto niistä eli niin sanottu kvanttiavain välitetään Maahan.

Jos koe onnistuu, Kiina lähettänee avaruuteen 2020-luvun aikana satelliittien verkoston, joka käyttää viestinnässä ns. kvanttisuojausta. Siinä kvanttien tilan avulla voidaan vahtia, ettei kukaan pääse lukemaan salattuja viestejä.

Tulevaisuudessa kaikki muutkin satelliittit siirtyisivät melko varmasti käyttämään kvanttisalausta. Suuri osa maailman satelliiteista on sotilaallisia tai viestintäsatelliitteja.

Molemmille tiedon salaaminen on hyvin tärkeää. Nykyisellään viestien välitystä voidaan vakoilla, ja niin tehdään.

Katso sovelluksesta, kuinka satelliitin kvanttisalaus toimii. Juttu jatkuu alempana.

Quess kiertää maata noin 500 kilometrin korkeudessa, ja sen kiertoaika Maan ympäri on 90 minuuttia. Siksi se voi olla yhteydessä yhdelle maa-asemalle vain lyhyen aikaa.

Jos kvanttisatelliitin sijoittaisi 36 000 kilometrin korkeuteen ns. geostationaariselle radalle, pysyisi satelliitti Maasta katsoen koko ajan paikallaan. Se tehostaisi kvanttiviestintää.

”Nyt tutkijat voivat tarkistaa, lomittuvatko hiukkaset jopa 1 200 kilometrin päässä toisistaan”, sanoo kvanttikaasuihin ja -nesteisiin Turun yliopistossa perehtynyt fyysikko ja vapaa tiedetoimittaja Jarmo Wallenius.

”Lomittuneiden fotonien käyttäytymistä voidaan nyt testata Maan teleskooppien ja satelliitin välillä”, sanoo Wallenius.

”Avaruudessa fotonien pitäisi kuitenkin säilyttää tilansa vielä paremmin ja pitemmillä matkoilla, koska siellä vallitsee lähes tyhjiö.”

Häiriöitä on siis kvanttien viestinnässä paljon vähemmän.

Viestinnän salaus on äärimmäisen tärkeää sotilaallisesti ja puolustuksellisesti, mutta myös arkisessa käytössä. Esimerkiksi pankit ja hallitukset tavoittelevat viestintää, joka olisi täysin salaista.

Siksi myös kaikki muut maat ovat äärimmäisen kiinnostuneita kiinalaisten kvanttikokeista. Muuallakin tekniikat tunnetaan, mutta rahaa kokeisiin avaruudessa ei ole saatu.

Kvanttiavaimen jakelua on jo kokeiltu maan päällä ja alla valokaapelien verkoissa Yhdysvalloissa, Euroopassa ja Kiinassa.

Genevessä sveitsiläiset tutkijat ovat testanneet fotonien lähettämistä maan alla. Viestit ovat kulkeneet valokuidussa useita kilometrejä. Asiaa on testattu myös Wienissä.

Valokaapelissa on kuitenkin se ongelma, että viestinnässä on aina hieman kohinaa. Viestin kantama heikkenee. Avaruudessa kohinaa ei juuri ole.

Kiinalaiset ovat laittaneet viime vuosina paljon rahaa kvanttiviestinnän ja -kokeiden kehittämiseen, sanoo Wallenius. Kvanttitekniikka on yksi painopiste Kiinan viisivuotissuunnitelmassa, joka julkistettiin maaliskuussa.

Perustutkimukseen, johon kvanttifysiikka kuuluu, annettiin rahaa Kiinassa vuonna 2015 noin 101 miljardia Yhdysvaltain dollareissa mitattuna. Kymmenen vuotta sitten perustutkimus sai rahaa vain 1,9 miljardia.

Tutkijat Yhdysvalloissa, Kanadassa, Euroopassa ja Japanissa kiirehtivät myös kvanttisalauksen kehittämistä, mutta Kiina on nyt muita edellä. Kiina ei ole kertonut, kuinka paljon se tarkalleen käyttää rahaa kvanttisalauksen tutkimiseen.

”Satelliitin laukaiseminen osoittaa, että Kiina sitoutuu suuriin ja kunnianhimoisiin hankkeisiin”, sanoo kvanttifyysikko Nicolas Gisin, Geneven yliopistossa.

”Tämä ei ole täysin kiinalainen hanke, vaikka se käynnistettiin Kiinassa. Se on myös kansainvälistä yhteistyötä”, muistuttaa australialainen Greg Austin Unsw-kyberturvallisuuskeskuksesta australialaiselle news.com -verkkopalvelulle.

”Tässä ei ole siis kyse sodasta ja rauhasta. Tämä helpottaa talouden kehitystä ja auttaa viestimään turvallisesti”, tähdentää Austin.

Euroopan avaruusjärjestö Esalla on oma hanke kvanttisalaisuuden testaamiseksi avaruudessa. Se ei kuitenkaan ole vielä lähelläkään käytännön kokeita.

Yhdysvalloissa avaruushallinto Nasa kokeilee kvanttisalausta kansainvälisen avaruusaseman yhteyksien avulla.

Britannia ja Singapore aikovat käyttää kokeisiin pienempiä, viiden kilon painoisia cubesat-satelliitteja. Ne maksavat vain murto-osan isoista satelliiteista.

Jos kiinalaisten Quessin koesarja onnistuu, rahoitus näihin pienempiin kokeisiin voi helpottua.

Tavallinen salaus ilman kvanttiavaimia eli tiedon kryptaaminen toimii vielä hyvin maan päällä ja arkielämässä.

Viestejä osataan salata niin hyvin, että tavallisen pankkiasiakkaan ei tarvitse pelätä, että joku nappaa hänen tunnuslukunsa tai rahansa digitaalisilta tileiltä.

Salaukset on nyt suojattu mutkikkailla matemaattisilla kaavoilla. Monesti ne perustuvat isoihin alkulukuihin.

Ennen pitkää ongelmaksi tulee se, että yhä nopeammat tietokoneet voivat murtaa noita avaimia. Jos kvanttiavain toteutuu, tämä ongelma poistuu kokonaan.

    Seuraa uutisia tästä aiheesta

  • Tiede
  • Tietokoneet
  • salaus
  • kvantit
  • Timo Paukku

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää

    Luetuimmat

    1. 1

      Äärioikeisto järjestää salaisia konsertteja jatkuvasti Suomessa – tästä on kyse

    2. 2

      Pisa-tulokset tulivat: Suomella ei syytä häpeään mutta alueelliset erot huolestuttavat – pääkaupunki­seudun koululaiset rynnivät muiden ohi

    3. 3

      Helsingin keskusta täyttyy mielenosoituksista – kartta näyttää, missä uusnatsit ja vastamielenosoittajat itsenäisyyspäivänä liikkuvat

    4. 4

      Jos et usko, että teinit ovat ihania, lue mitä Turun luostarivuoren yläkoulussa tapahtuu

    5. 5

      OAJ:n Luukkainen huolestui Pisa-tuloksista: ”Suomen historian heikoimmat”

    6. 6

      Ahkera häpykarvojen poisto nelinkertaistaa herpesriskin

    7. 7

      44 vuotta vanhan elokuvaklassikon raiskauskohtaus järkyttää maailmaa – Miksi vasta nyt?

    8. 8

      Poliisia ammuttu päähän Kööpenhaminan esikaupungissa – turvatoimia kiristetty koko Tanskassa

    9. 9

      Suomi-viinasta tulossa hitti maailmalla – kuopiolainen juomasuku vie likööriään Aasian trendibaareihin

    10. 10

      Vaatesuunnittelijoille Linnan juhlien aikataulu on armoton – suunnittelijat kertovat, millaisia pukuja tänä vuonna nähdään

    11. Näytä lisää
    1. 1

      44 vuotta vanhan elokuvaklassikon raiskauskohtaus järkyttää maailmaa – Miksi vasta nyt?

    2. 2

      Saara Aalto veti kymmenentuhatta ihmistä Senaatintorille – katso koko esiintyminen HSTV:stä

    3. 3

      Slush lupaa puuttua tapahtuman iltajuhlissa esiintyneeseen seksuaaliseen häirintään monin tavoin – ”Täällä on nollatoleranssi seksismille”

    4. 4

      Äärioikeisto järjestää salaisia konsertteja jatkuvasti Suomessa – tästä on kyse

    5. 5

      Suuressa rakennus­kohteessa jälleen betoni­ongelmia, tuulivoimalan perustuksia piti purkaa – ministeriö kriisikokouksessa

    6. 6

      Suomi-viinasta tulossa hitti maailmalla – kuopiolainen juomasuku vie likööriään Aasian trendibaareihin

    7. 7

      Tutkinnanjohtaja: Imatran epäilty oli viime aikoina vetäytynyt omiin oloihinsa – vietti paljon aikaa tietokoneella

    8. 8

      Perussuomalaiset kiistelevät isyysrahasta – ”Tässä on kyse parista kolmesta homosta ja noin sadasta heteroisästä”

    9. 9

      Suomalaiskenraalien suku vaikeni suuresta salaisuudesta – ”Ryssiä ollaan”

    10. 10

      Levysopimus, musikaalilavat vai jotain muuta? Saara Aallon 15 minuuttia julkisuudessa on pian ohi, ja seuraavaksi nähdään, mihin se riittää

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Nainen meni kauneusklinikalle Helsingissä – päätyi öisen autokyydin jälkeen leikattavaksi omakotitaloon Viron Pärnussa

    2. 2

      Susanne Päivärinta ja Jan Andersson kiistävät päätoimittaja Atte Jääskeläisen väitteet: Ylen linjausta perusteltiin ”muilla syillä”, juontajat sanovat

    3. 3

      Kymmenien suomalaisten kauneusleikkaukset ovat menneet pieleen – Cheyenne Järvisen rintoihin jäi rujot jäljet

    4. 4

      Tuhannet koulutetut karkaavat Suomesta ulkomaille joka vuosi, ja entistä harvempi aikoo palata – ”Tämä on hirveän hälyttävä tulos”

    5. 5

      Ylen päätoimittajan mukaan ohjaaja Susanna Kuparinen loukkasi Sipilän vaimoa – Kuparinen: ”Järkytyin ihan hirveästi”

    6. 6

      Sanna-Mari Paakki aloitti kampanjan tissien puolesta ja joutui Ylilaudalta nousseen vihakampanjan kohteeksi – ja se kertoo siitä, mikä internetiä nyt riivaa kaikkialla

    7. 7

      HS seurasi pikkujoulujen viettoa Tallinnan-laivalla: ”Mennään hyttiin pussailemaan?” – ”Mennään vaan”

    8. 8

      Pidimme kaksi viikkoa uutta päiväkirjamaista kalenteria, jota hehkutetaan maailmalla – näin se toimii

    9. 9

      Ruben Stiller kertoo HS:lle saamastaan varoituksesta ja Ylen kovista vaatimuksista Sipilä-asiassa: ”Olen hiiri ja minua pelotti”

    10. 10

      Ylen juontaja tenttasi päätoimittajaa suorassa lähetyksessä – ja hukkuu nyt kiittävään palautteeseen

    11. Näytä lisää