Китайские физики провели первую "орбитальную" квантовую телепортацию. Китай квантовая телепортация
Китайские физики провели первую "орбитальную" квантовую телепортацию
13:2612.07.2017
(обновлено: 18:59 12.07.2017)
2858413510
МОСКВА, 12 июл – РИА Новости. Физики из Шанхая заявили об успешном проведении первой "космической" квантовой телепортации, переправив информацию о состоянии частицы с квантового спутника "Мо-цзы" на станцию слежения на Земле, говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org
Физики впервые увидели квантовое будущее
"Мы заявляем о первой квантовой телепортации одиночных фотонов с обсерватории на Земли на спутник на околоземной орбите, удаленный от нее на 1400 километров. Успешная реализация этой задачи открывает дорогу к сверхдальней телепортации и является первым шагом на пути к созданию квантового интернета", — пишут Цзянь-Вэй Пань (Jian-Wei Pan) из университета Шанхая и его коллеги.
Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки" из-за того, что законы квантовой механики запрещают "клонирование" состояния частиц света. В настоящее время системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, в Китае, в США.
За последние годы ученые из России и зарубежных стран создали десятки систем квантовой связи, узлы которых могут обмениваться данными на достаточно больших расстояниях, составляющих около 200-300 километров. Все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, как свет угасает при движении через оптоволокно.
Китайские ученые продвинулись в создании квантового интернета На этой неделе Пань и его коллеги рассказали о первых успешных экспериментах по квантовой телепортации, проведенных на борту "Мо-Дзы" и на станции связи в городке Нгари на Тибете, построенной на высоте в четыре километра для обмена информацией с первым квантовым спутником.
Квантовая телепортация была впервые описана на теоретическом уровне в 1993 году группой физиков под руководством Чарльза Бенетта. По их идее, атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии в том случае, если они были "запутаны" на квантовом уровне.
Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого мы не можем прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую "телепортацию" нельзя использовать для передачи данных на астрономические расстояния. Несмотря на такое ограничение, квантовая телепортация чрезвычайно интересна физикам и инженерам по той причине, что ее можно использовать для передачи данных в квантовых компьютерах и для шифрации данных.
Руководствуясь этой идеей, ученые запутали две пары фотонов в лаборатории в Нгари, и передали одну из четырех "спутанных" частиц на борт "Мо-Дзы" при помощи лазера. Спутник одновременно измерил состояние и этой частицы, и другого фотона, который в этот момент был на его борту, в результате чего информация о свойствах второй частицы мгновенно "телепортировалась" на Землю, поменяв то, как вел себя "наземный" фотон, спутанный с первой частицей.
Российские физики запустили в Казани первый "квантовый телефон" ria.ru
В Китае совершена первая квантовая телепортация с Земли на орбиту
«Мы сообщаем о первой квантовой телепортации независимого однофотонного кубита из наземной обсерватории в спутник на околоземной орбите — через канал восходящей связи — на дистанции до 1400 км», — говорится в заявлении китайских ученых.
В прошлом году с космодрома Цзюцюань в пустыне Гоби стартовал спутник «Мо-цзы». Ракета «Чанчжэн-2D» вывела его на солнечно-синхронную орбиту, то есть он проходит над любой точкой Земли приблизительно в одно и то же местное время. Он оборудован крайне чувствительным оптическим приемником, способным распознать квантовое состояние отдельных фотонов, запущенных с Земли.
А теперь команда «Мо-цзы» сообщила о результатах первого эксперимента по созданию квантовой коммуникационной сети и передаче первого объекта с Земли на орбиту.
Телепортация стала уже обычной операцией в квантовой оптике. Она основана на феномене квантовой запутанности, когда два квантовых объекта, в данном случае — фотона, формируются в одно и то же время и место и обладают одинаковыми волновыми функциями. Даже если их разделить на большое расстояние, связь между ними сохранится и измерения одного окажут влияние и на состояние другого.
Теоретически, расстояние не должно влиять на телепортацию, но запутанность легко нарушить. Прошлые эксперименты ограничивались 100 км, но «Мо-цзы» удалось передать сигнал с высоты от 500 км в зените до 1400 км, когда он расположен у горизонта, и большую часть этой дистанции фотон двигался в вакууме. Для того чтобы минимизировать влияние атмосферы, китайские ученые разместили наземную станцию в Нгари, на Тибете, на высоте более 4000 метров.
После запуска одного из пары фотонов с земли ученые измерили второй, чтобы подтвердить, что запутанность имела место. В течение 32 дней они посылали миллионы фотонов и обнаружили положительные результаты в 911 случаях, сообщает MIT Technology Review.
Первую наземную линию квантовой связи построили тоже в Китае. Пока ее протяженность составляет 260 км, и она соединяет Шанхай и Ханчжоу, обеспечивая нужды местных чиновников, банкиров и директоров предприятий. А в будущем ее размеры увеличатся до 2000 км.
hightech.fm
Китайские физики провели первую межконтинентальную "телепортацию"
12:0229.09.2017
(обновлено: 16:28 29.09.2017)
6785322013
МОСКВА, 29 сен — РИА Новости. Физики из Китая и Австрии провели при помощи первого квантового спутника связи "Мо-Цзы" первую межконтинентальную "телепортацию" частиц и сеанс конференц-связи, защищенной на квантовом уровне, сообщает пресс-служба Китайской академии наук.
Китайские физики провели первую "орбитальную" квантовую телепортацию"За год после запуска "Мо-Цзы" мы смогли реализовать три главных шага на пути создания "квантового интернета". Нам удалось передать квантовые ключи со спутника на Землю на дистанции в 1200 километров, связать две разные точки на поверхности планеты на аналогичном расстоянии, а также провести первые опыты по орбитальной квантовой телепортации. Благодаря этому мы в 20 раз улучшили качество связи по сравнению с оптоволоконными системами", — заявили китайские ученые. 
По этой причине многие команды ученых задумались о переводе систем квантовой связи на космический уровень — через спутник, позволяющий восстанавливать или усиливать "незримую связь" между запутанными фотонами. Первый космический аппарат такого рода уже работает на орбите — это китайский спутник "Мо-цзы", выведенный в космос в августе 2016 года.
Как сообщает пресс-служба Китайской академии наук, "Мо-цзы" впервые использовали для практических целей. Чуньли Бай (Chunli Bai), президент КАН, и Антон Цейлингер (Anton Zeilinger), руководитель Академии наук Австрии, провели первый сеанс межконтинентальной квантовой видеосвязи, защищенной от взлома при помощи шифровальных ключей, переданных через спутник.
В ближайшем будущем, как отмечает пресс-служба КАН, китайские ученые проведут аналогичные опыты при участии коллег из России, Сингапура, Италии и Германии.
ria.ru
Китайцы первыми продемонстрировали телепортацию на околоземную орбиту
Система для подготовки запутанных состояний и передаваемых состояний к телепортации
Ji-Gang Ren et al. / arXiv.org, 2017
Команда миссии спутника квантовой связи QUESS (иначе, «Мо-Цзы») сообщила о первых успехах в телепортации фотонов с поверхности Земли на орбиту. В рамках месячного эксперимента физикам удалось осуществить телепортацию 911 фотонов на расстояние от 500 до 1400 километров. Это рекордные дистанции для квантовой телепортации. Препринт исследования опубликован на сервере arXiv.org, кратко о нем сообщает MIT Technology Review.
Квантовая телепортация заключается в передаче квантового состояния одной частицы другой частице без непосредственного переноса первой частицы в пространстве. Чтобы телепортировать, например, поляризацию фотона потребуется пара квантово запутанных частиц. Одну из запутанных частиц должен держать у себя отправитель квантового состояния, а вторую — получатель. Затем отправитель производит измерение одновременно над передаваемой частицей и одной из частиц запутанной пары. Квантовая запутанность устроена таким образом, что две частицы ведут себя как единая система — запутанная частица у получателя чувствует, что с ее парой провели измерение и изменяет свое состояние. Зная результат измерения на стороне отправителя (его можно отправить по обычному каналу) можно получить точную копию отправляемой частицы — сразу у получателя. Подробнее об этом можно прочитать в нашем материале квантовой азбуки: «Телепортация».
Ранее расстояние для телепортации ограничивалось десятками километров — в 2012 году австрийские физики телепортировали состояния фотонов между Ла Палма и Тенерифе (143 километра). Новая работа преодолевает этот рубеж и улучшает его в несколько раз.
Одна из главных задач для телепортации — распределение запутанных фотонов между отправителем (на Земле) и получателем (спутником) — уже была решена физиками. Работа по созданию запутанной пары, разделенной на 1200 километров была опубликована месяц назад в журнале Science. С использованием этих пар оставалось только экспериментально продемонстрировать саму телепортацию.
Схема эксперимента
Ji-Gang Ren et al. / arXiv.org, 2017
В новой работе авторы использовали генератор запутанных фотонов, установленный не на спутнике, а на Земле, в обсерватории Нгари (Тибет). Он создавал свыше четырех тысяч запутанных пар в секунду, один фотон из каждой отправлялся лучом лазера к спутнику, который пролетал над генератором каждую полночь. Сначала ученые показали, что квантовая запутанность сохраняется между Землей и спутником, а затем провели телепортацию поляризации фотона. В действительности, для надежной проверки телепортации ученым требовалось создавать не одну, а сразу две запутанных пары фотонов.
Самые большие потери были связаны с турбулентностью и неоднородностью атмосферы Земли. Эти эффекты приводят к уширению пучка запутанных фотонов и их рассеянию — а значит меньше частиц долетает до спутника.
Всего удалось успешно телепортировать 911 частиц — а за время всего эксперимента были подготовлены и переданы миллионы фотонных пар. Авторы отмечают, что точность телепортации достигает 80 процентов, а потери составляют от 41 до 52 децибел (долетает один фотон из 100 тысяч). Если передавать аналогичный сигнал по 1200-километровому оптоволокну с уровнем потерь 0,2 децибела на километр, то на передачу хотя бы одного фотона уйдет время в 20 раз большее, чем время жизни Вселенной.
Квантовая телепортация — одна из важных методик передачи данных в квантовой телекоммуникации. Она необходима при разработке глобального «квантового интернета» с идеально защищенными каналами связи (на уровне физических законов, запрещающих клонировать квантовые состояния). В прошлом году протоколы квантовой телепортации физики воплотили на городских оптоволоконных линиях.
Владимир Королёв
nplus1.ru
Китай осуществит квантовую телепортацию на 1200 километров | Блог skylabrmx
Китайские ученые летом 2016 года проведут первый в мире эксперимент по осуществлению квантовой телепортации на расстояние более 1200 километров. Об этом сообщает Nature News.
Для эксперимента ученые планируют запустить в июне 2016 года спутник. Таким образом, физики надеются осуществить квантовую телепортацию состояний частиц между космосом и наземными станциями.
На первом этапе опытов ученые собираются проверить надежность криптографической связи между Пекином и Веной, посредником в которой выступит околоземный спутник.
На втором этапе ученые через спутник осуществят квантовую телепортацию фотонов между станциями в Дэлинхе и в Лицзяне (или Наньшане). Расстояние между пунктами превышает 1200 километров.
На втором этапе ученые через спутник осуществят квантовую телепортацию фотонов между станциями в Дэлинхе и в Лицзяне (или Наньшане). Расстояние между пунктами превышает 1200 километров.
Источник
Ква́нтовая телепортация — передача квантового состояния на расстояние при помощи разъединённой в пространстве сцепленной (запутанной) пары и классического канала связи, при которой состояние разрушается в точке отправления при проведении измерения, после чего воссоздаётся в точке приёма. Термин установился благодаря опубликованной в 1993 году статье в журнале «Physical Review Letters», где описано, какое именно квантовое явление предлагается называть «телепортацией» (англ. teleporting) и чем оно отличается от популярной в научной фантастике «телепортации». Квантовая телепортация не передаёт энергию или вещество на расстояние. Обязательным этапом при квантовой телепортации является передача информации между точками отправления и приёма по классическому, неквантовому каналу, которая может осуществляться не быстрее, чем со скоростью света, тем самым не нарушая принципы современной физики.
При осуществлении квантовой телепортации помимо передачи информации по квантовому каналу, необходимо также осуществить передачу дополнительной информации, необходимой для прочтения сообщения, по классическому каналу. Для передачи «квантовой части» используются характерные для квантово-запутанных частиц корреляции Эйнштейна — Подольского — Розена, а для передачи классической информации годится любой обычный канал связи.
Для простоты рассмотрим квантовую систему с двумя возможными состояниями \psi_1 и \psi_2 (например, проекцию спина электрона или фотона на заданную ось). Такие системы часто называют кубитами. Однако описанный ниже способ пригоден для передачи состояния любой системы, имеющей конечное число состояний.
Пусть у отправителя есть частица А, находящаяся в произвольном квантовом состоянии \psi_A = \alpha \psi_1 + \beta \psi_2, и он хочет передать это квантовое состояние получателю, то есть сделать так, чтобы у получателя оказалась в распоряжении частица B в том же самом состоянии. Иными словами, необходимо передать отношение двух комплексных чисел \alpha и \beta (с максимальной точностью). Заметим, что главная цель здесь — это передать информацию не как можно быстрее, а как можно точнее. Для достижения этой цели выполняются следующие шаги.
- Отправитель и получатель договариваются заранее о создании пары квантово-запутанных частиц C и B, причём C попадёт отправителю, а B — получателю. Поскольку эти частицы запутаны, то каждая из них не обладает своей волновой функцией (вектором состояния), но вся пара целиком (а точнее, интересующие нас степени свободы) описываются единым четырёхмерным вектором состояния \psi_{BC}.
- Квантовая система частиц A и C имеет четыре состояния, однако мы не можем описать её состояние вектором — чистым (полностью определённым) состоянием обладает лишь система из трёх частиц A, B, C. Когда отправитель совершает измерение, имеющее четыре возможных исхода, над системой из двух частиц A и C, он получает одно из 4 собственных значений измеряемой величины. Поскольку при этом измерении система из трёх частиц A, B, C коллапсирует в некое новое состояние, причём состояния частиц A и C становятся известны полностью, то сцепленность разрушается и частица B оказывается в некотором определённом квантовом состоянии.
- Именно в этот момент происходит как бы «передача» «квантовой части» информации. Однако восстановить передаваемую информацию пока невозможно: получатель знает, что состояние частицы B как-то связано с состоянием частицы A, но не знает как именно!
- Для выяснения этого необходимо, чтобы отправитель сообщил получателю по обычному классическому каналу результат своего измерения (затратив при этом два бита, соответствующие зацепленному состоянию AC, измеренному отправителем). По законам квантовой механики получается, что, имея результат измерения, проведённого над парой частиц A и C, и плюс к тому запутанную с C частицу B, получатель сможет совершить необходимое преобразование над состоянием частицы B и восстановить исходное состояние частицы A.
Полная передача информации осуществится только после того, как получатель будет обладать данными, полученными по обоим каналам. До того как получен результат по классическому каналу, получатель ничего не может сказать о переданном состоянии.
Фантастическое понятие телепортации происходит из специфичной интерпретации эксперимента: «исходное состояние частицы A после всего произошедшего разрушается. То есть состояние было не скопировано, а перенесено из одного места в другое».
Экспериментальная реализация
Экспериментальная реализация квантовой телепортации поляризационного состояния фотона была осуществлена в 1997 году почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Университет Инсбрука)[2] и Франческо де Мартини (Университет Рима).
В журнале Nature за 17 июня 2004 года было объявлено об успешном экспериментальном наблюдении квантовой телепортации квантового состояния атома сразу двумя исследовательскими группами: M.Riebe et al., Nature 429, 734—737 (телепортация квантового состояния иона атома кальция) и M.D.Barrett et al., Nature 429, 737—739 (телепортация кубита на основе иона атома бериллия). Несмотря на поднявшуюся шумиху в средствах массовой информации, эти эксперименты вряд ли можно назвать прорывом: скорее это просто очередной большой шаг в направлении создания квантовых компьютеров и реализации квантовой криптографии.
В 2006 году была впервые осуществлена телепортация между объектами разной природы — квантами лазерного излучения и атомами цезия. Успешный эксперимент был произведен исследовательской группой из Института Нильса Бора в Копенгагене.[4]
23 января 2009 года учёным впервые удалось телепортировать квантовое состояние иона на один метр.
10 мая 2010 года в эксперименте, поставленном физиками из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа, проводилась передача квантового состояния фотона на 16 километров.
В 2012 году китайским физикам удалось за 4 часа передать 1100 запутанных фотонов на расстояние 97 километров.
В сентябре 2012 года физики из Университета Вены и Академии наук Австрии установили новый рекорд в квантовой телепортации — 143 километра
В сентябре 2015 года учёным из Национального института стандартов и технологий США удалось телепортировать фотоны по оптоволокну на расстояние свыше 100 км. В ходе эксперимента использовался однофотонный детектор со сверхпроводящими кабелями на силициде молибдена при температуре, близкой к абсолютному нулю.
Википедия
×cont.ws
В Китае проведут первую квантовую телепортацию на 1200 км
Фото: Inforesist
Ученые Китая проведут эксперимент по телепортации
Эксперимент планируют осуществить летом 2016 года.
Китайские ученые в июне этого года намерены осуществить первый в мире эксперимент по квантовой телепортации на расстояние около 1200 километров, передает Nature News.
В рамках эксперимента будет запущен спутник. Ученые надеются таким образом осуществить квантовую телепортацию состояний частиц между космосом и наземными станциями.
Сообщается, что на первом этапе запланирована проверка надежности криптографической связи между Пекином и Веной. В качестве посредника будет выступать околоземный спутник.
Второй этап будет представлять собой саму квантовую телепортацию фотонов, которую планируют реализовать между станциями в Дэлинхе и в Лицзяне. Отмечается, что расстояние между ними превышает 1200 километров.
Издание передает, что физики не сомневаются в том, что грядущий эксперимент будет успешным. В дальнейших планах ученых - осуществление опытов передачи сигналов между Луной и Землей.
Как известно, квантовая телепортация представляет собой передачу квантового состояния на расстоянии при помощи разъединенной в пространстве сцепленной пары и классического канала связи. При проведении измерения в точке отправления состояние разрушается, после чего воссоздается в точке приема.
Ранее отмечалось, что физикам удалось передать квантовые данные по оптоволоконному кабелю на расстояние более 100 километров. Эти разработки могут помочь в создании "квантового интернета".
korrespondent.net
Квантовую телепортацию на расстояние 1200 км осуществили в Китае
По сообщениям СМИ международного уровня, в стенах китайского научно-исследовательского института была осуществлена квантовая телепортация.
Сенсационное заявление на данную тему сделал руководитель группы китайских инженеров-исследователей, отметив работу коллег новым шагом в развитии технологий.
Официальный релиз был опубликован китайскими учеными на страницах специализированного издательства «Science», где каждый день публикуются интересные новости. Китайцы, успешно сотрудничающие с научным издательством, имеют там собственную колонку, где и публикуют наиболее интересные статьи на научные темы.
С успехом реализованная технология квантовой телепортации позволила китайцам переместить предмет на расстояние полутора тысяч километров.
Ничего подобного в мире ещё не было за исключением изображения технологии в фантастических кинофильмах производства голливудских и западных режиссеров.
Используя уникальный связной аппарат, ученые в области физики и математики, осуществили телепортацию частиц между двумя континентами. Эксперимент, завершившийся полной удачей, был проведен в стенах китайской научно-исследовательской академии, сотрудничающей с ведущими специалистами мирового масштаба. Результатом исследования стало новое направление в сфере квантовой глобальной
Отправка сигналов через оптоволокно - надежное и быстрое средство обмена данными, но из-за внутреннего поглощения и других эффектов, некоторая часть фотонов теряется в пути, что становится тем критичней, чем меньше общее количество передаваемых фотонов. Эта проблема особенно остро стоит в квантовых сетях, в которых задействовано малое количество сцепленных фотонов. При этом передача через открытое пространство (вакуум или воздух) позволяет терять меньше фотонов, но при этом способе передачи данных
Квантовые физики из Массачусетского технологического института (МТИ), заявили о возможности создания машины времени, не нарушающей причинно-следственных связей. Ученые уже давно научились "телепортировать" квантовые состояния из одного места в другое
globalscience.ru
