Nuo optinių veidrodžių iki kvantinio ryšio: FTMC mokslininkai kuria technologijas kosmosui 

Ar žinojote, kad šviesa gali būti naudojama informacijai perduoti milžiniškais atstumais, pavyzdžiui, tarp Žemės ir palydovų? Tiesa, tam būtina sąlyga – itin tikslios optinės sistemos, kurių svarbios dalys yra veidrodžiai. Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Lazerinių technologijų skyriaus mokslininkai dr. Alexandr Belosludtsev ir dr. Ignas Bitinaitis kartu su kolegomis kuria ir tiria pažangius optinius komponentus, kurie ateityje galėtų būti naudojami kosminėse ryšio sistemose, įskaitant kvantinio ryšio technologijas. 

Šie tyrimai vykdomi įgyvendinant Lietuvos mokslo tarybos finansuojamą projektą „QuantiCoat“. Pagrindinis jo tikslas – kurti optines dangas ir optinių komponentų rinkinius, skirtus lazeriniams šaltiniams, naudojamiems kvantinės kriptografijos, ypač kvantinio raktų paskirstymo (QKD), sistemose. Projekto metu kuriami komponentai gali būti pritaikomi ir perduodant optinius signalus Žemėje bei kosmose.  

Lengvesni ir geriau šviesą atspindintys veidrodžiai  

Viena iš mokslinių tyrimų krypčių – lengvų metalinių veidrodžių, skirtų pažangioms optinėms ir lazerinėms sistemoms, kūrimas. Žurnale Optical Materials paskelbtame tyrime FTMC mokslininkai parodė, kaip derinant dvi technologijas – 3D spausdinimą ir magnetroninį nusodinimą – galima pagaminti itin geromis optinėmis savybėmis pasižyminčius veidrodžius.  

Tokie veidrodžiai ypač svarbūs optinėms sistemoms, kuriose būtina mažinti įrangos svorį, efektyviai valdyti šilumą ir užtikrinti kuo mažesnius šviesos nuostolius.  

Kaip veidrodžiai atlaiko kosmoso sąlygas?  

Optinių komponentų perkėlimas iš laboratorijos į kosmosą kelia papildomų iššūkių. Palydovai, skriejantys aplink Žemę, nuolat veikiami įvairios spinduliuotės, kuri ilgainiui gali pabloginti jų optinių sistemų veikimą.  

Žurnale Advances in Space Research paskelbtame tyrime FTMC mokslininkai kartu su kolegomis iš Italijos nagrinėjo sidabro ir aliuminio veidrodžius, skirtus kosminėms sistemoms. Jie tyrė, kaip skirtingos dangų sudėtys atlaiko protonų spinduliuotę – vieną iš kosmose optinius komponentus veikiančių spinduliuotės rūšių.  

Tai svarbus žingsnis kuriant optinius komponentus, kurie galėtų išlaikyti savo savybes sudėtingomis kosmoso sąlygomis.  

Kodėl kosminiai veidrodžiai svarbūs kvantiniam ryšiui?  

Patikimų optinių komponentų kūrimas svarbus ir ateities palydovinio ryšio technologijoms. Skirtingai nei įprastas radijo ryšys, optinis ryšys informacijai perduoti naudoja šviesą. Taip duomenys gali būti perduodami tarp kosminių aparatų ir antžeminių stočių. O kvantinis ryšys atveria galimybes kurti naujus saugaus informacijos perdavimo būdus, pavyzdžiui, kvantinį raktų paskirstymą.  

Kvantinis raktų paskirstymas leidžia dviem ryšio dalyviams saugiai pasidalyti šifravimo raktu, kurį vėliau galima naudoti informacijai užšifruoti. Tokiose sistemose itin svarbūs tikslūs ir patikimi optiniai komponentai, galintys valdyti bei perduoti šviesos signalus.  

„QuantiCoat“ projekto metu kuriamos optinės dangos ir komponentai skirti būtent tokioms technologijoms. Jie galėtų būti naudojami ne tik lazeriniuose šaltiniuose, bet ir optinio signalo perdavimo sistemose Žemėje bei kosmose.  

„Tai pirmasis žingsnis kuriant spartaus ir saugaus optinio kvantinio ryšio technologijas. Mūsų kuriami optiniai komponentai gali prisidėti prie ateities ryšio sistemų, kuriose informacija bus perduodama naudojant šviesą“, – sako dr. Alexandr Belosludtsev.  

Nuo kosminių technologijų iki Lietuvos astronomų teleskopų  

Šių veidrodžių dangų technologijų pritaikymas neapsiriboja palydovais ar pažangiomis ryšio sistemomis. FTMC mokslininkų sukurta technologija pritaikyta ir atnaujinant Lietuvos astronomų mėgėjų teleskopų veidrodžius.  

Nuo tolimų žvaigždžių stebėjimo iki technologijų, kurios ateityje galėtų padėti palydovams keistis informacija naudojant kvantinį ryšį, šie tyrimai parodo, kaip pažanga optinių medžiagų ir dangų srityje gali atverti naujų galimybių tiek Žemėje, tiek kosmose.  

Financial support was provided by the Research Council of Lithuania, contract No. S-MIP-24-15.  

FTMC informacija