Czy można otrzymać bardziej wyraźne zdjęcia z Marsa albo obejrzeć transmisję wideo w dobrej rozdzielczości z innych planet Układu Słonecznego? Polska firma Quantum Optical Technologies, na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej, przygotowuje opracowanie dotyczące kwantowych urządzeń do odbierania optycznych sygnałów z misji kosmicznych.
Gdy w lipcu 1965 roku amerykańska sonda kosmiczna Mariner 4 wykonała pierwsze 22 zdjęcia Marsa, każde o
wielkości 200 pikseli, ich przesłanie na Ziemię miało zająć cztery dni. Szybkość transmisji danych wynosiła
wtedy 33,33 bitów na sekundę. Cztery dekady później Mars Reconnaissance Orbiter przesyłał już informacje z Czerwonej Planety w tempie 6 megabitów na sekundę.
Statki i sondy wysyłane obecnie w przestrzeń kosmiczną są w stanie zebrać ogromne ilości informacji, zarejestrować obrazy i materiały wizualne w dobrej rozdzielczości. I choć prędkość przesyłania zebranych danych z powrotem na Ziemię w ciągu ostatnich dekad zwiększyła się wielokrotnie, wciąż stanowi wąskie gardło.
Transmisja danych na odległościach kosmicznych jest poważnym wyzwaniem, w którym mogą pomóc technologie kwantowe – przekonuje prof. Konrad Banaszek, współzałożyciel spółki Quantum Optical
Technologies przygotowującej studium systemowe dla Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA).
To uznany na świecie specjalista z zakresu technologii kwantowych, współautor ponad 140 artykułów naukowych i doniesień konferencyjnych, a także zgłoszeń patentowych. Naukowo od lat związany jest z Uniwersytetem Warszawskim, na którym obecnie pełni funkcję dyrektora Centrum Optycznych Technologii Kwantowych.
ESA dostrzegła u nas kompetencje, których raczej nie ma nikt inny w Europie – podkreśla badacz.
Większość transmisji międzyplanetarnych odbywa się na falach radiowych. Ten rodzaj komunikacji ma jednak
wiele ograniczeń – zdobyć pasmo na częstotliwościach radiowych nie jest łatwo, tą drogą nie da się też przesłać znacznej liczby danych. Od dłuższego czasu naukowcy i firmy technologiczne pracują nad budową systemu przesyłania danych na Ziemię opartego na łączności optycznej, czyli na laserach, co jest standardem w łączności światłowodowej. W lipcu 2013 roku ESA umieściła na satelicie Alphasat moduł do szybkiej komunikacji wykorzystującej laser. Podobne rozwiązanie zastosowała w tym samym roku NASA na sondzie LADDE.
Trwają prace nad budową łączy, ale odbiorniki, które się w tej chwili rozwija, oparte są standardowych
technikach detekcji, czyli zliczaniu fotonów – wyjaśnia prof. Banaszek.
Naukowiec ze współpracownikami na zlecenie ESA zbada nową generację odbiorników kwantowych, które
wykorzystują szeroki zakres operacji kwantowych wykonywanych na przychodzącym sygnale optycznym. Celem projektu jest dostarczenie agencji odpowiedzi na pytanie, czy warto zaprojektować i zbudować taki
odbiornik do odbierania sygnałów z kosmosu.
Jeżeli nadajnik znajduje się bardzo daleko, to większość sygnału zostanie stracona. Tylko jego niewielki ułamek ma szansę trafić do odbiornika. Nasz zespół oceni, na ile wyrafinowane odbiorniki byłyby odporne na zakłócenia sygnałów i czy dzięki ich zastosowaniu szybkość transmisji danych mogłaby znacznie wzrosnąć – zapowiada prof. Konrad Banaszek.
Anna Korzekwa-Józefowicz