Содержание
Китайские ученые первыми осуществили телепортацию состояния фотонов с Земли на спутник
Китайские ученые продолжают рапортовать о новых успехах в рамках миссии квантового спутника связи QUESS (другое название – «Мо-Цзы»). Очередным достижение стала успешная телепортации фотонов с поверхности Земли на орбиту, осуществленная в рамках месячного эксперимента. Результаты исследования были изложены на сайте препринтов arXiv, краткое содержание пересказывает MIT Technoogy Review.
Как сообщается, китайским физикам удалось осуществить телепортацию 911 фотонов на расстояние от 500 до 1400 километров, что является новым рекордом для квантовой телепортации.
Для начала небольшое вступление. Квантовая телепортация подразумевает передачу квантового состояния одной частицы другой частице без непосредственного физического перемещения первой частицы в пространстве. Чтобы телепортировать, например, поляризацию фотона нужна пара квантово запутанных частиц: одна для отправителя, другая для получателя.
Квантовая запутанность устроена таким образом, что две частицы ведут себя как единая система — запутанная частица у получателя чувствует, что с ее парой провели манипуляции 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.
До китайских ученых никому не удавалось телепортировать объект на столь огромные расстояния. Лучшим достижением был результат австрийский физиков, которые в 2012 году телепортировали состояния фотонов между Ла Палма и Тенерифе (143 километра).
Курс
Розробка на Python
Опануйте популярну мову програмування, щоб заробляти від $1300 через рік
РЕЄСТРУЙТЕСЯ!
Одна из главных задач для телепортации — распределение запутанных фотонов между отправителем (на Земле) и получателем (спутником) — уже была решена физиками в прошлом месяце. Теперь же, когда у исследователей есть налаженная спутниковая линия квантовой связи, можно проводить различные эксперименты по квантовой телепортации.
Система для подготовки запутанных состояний и передаваемых состояний к телепортации
На сей раз команда миссии использовала 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 пары 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.
Схема эксперимента
Всего в рамках эксперимента учеными были созданы и отправлены миллионы фотонных пар, но достичь успеха удалось лишь в 911 случаях. Авторы отмечают, что точность телепортации достигает 80%, а потери составляют от 41 до 52 дБ (долетает один фотон из 100 тысяч). Для сравнения, если передавать аналогичный сигнал по 1200-километровому оптоволокну с уровнем потерь 0,2 дБ на километр, то на передачу хотя бы одного фотона уйдет время в 20 раз большее, чем время существования Вселенной.
Ожидается, что исследования в области квантовой телепортации в будущем приведут к созданию глобального «квантового интернета» с идеально защищенными каналами связи (на уровне физических законов, запрещающих клонировать квантовые состояния).
Источник: nplus1 и MIT Technoogy Review
QUESS, Квантовая телепортация, Космос, Связь, Спутники, Спутниковая связь, Технологии
3DNews Технологии и рынок IT. Новости сети и коммуникации В Китае развёрнута первая в мире интегри… Самое интересное в обзорах 07.01.2021 [12:08], Геннадий Детинич В Китае под руководством учёных из Университета науки и технологий Китая развёрнута первая в мире интегрированная сеть квантовой связи. Источник изображения: University of Science and Technology of China К интегрированной сети квантовой связи уже подключено свыше 150 абонентов: банков, предприятий, госучреждений и других служб, которым нужна сверхзащищённая связь. От обычного шифрования данных квантовая связь отличается тем, что ключи передаются с помощью одиночных частиц, в данном случае — с помощью фотонов. Перехват фотона невозможно сделать незаметно, поэтому о компрометации ключей (или об ошибке в передаче) сразу становится известно. Зашифрованные данные по каналам квантовой связи передаются только тогда, когда квантово распределённые ключи переданы без ошибок и признаков перехвата. Поэтому сегодня нет возможности взломать канал квантовой связи. Первый успешный эксперимент по передаче данных с земли на спутник по каналу квантовой связи Китай осуществил в 2017 году. С того времени параметры квантовой сети были значительно улучшены. В частности, китайцы установили рекорд по передаче распределённых квантовых ключей на расстояние свыше 500 км, в чём помогла новая технология Twin-field QKD (TF-QKD). Вероятно, речь идёт о передаче данных без использования ретрансляторов. Также ускорен процесс генерации квантовых ключей для передачи по спутниковым каналам связи. Теперь ключи генерируются со скоростью 47,8 Кбит/с, что в 40 раз выше, чем предыдущая скорость. По словам китайских учёных, они готовы создать межгосударственные и межконтинентальные сети квантовой связи, если специалисты других государств проявят к этому интерес. Как минимум, подобный проект уже начал осуществляться усилиями учёных из России, Китая, Индии и ЮАР. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1029452/v-kitae-razvyornuta-pervaya-v-mire-integrirovannaya-set-sverhzashchishchyonnoy-kvantovoy-svyazi Рубрики: Теги: ← В |
Общая протяжённость сети достигает 4600 км. И это не просто оптический кабель от точки до точки, а полностью рабочая сеть из более чем 700 оптических сегментов и двумя станциями космической связи с передачей данных по спутниковым каналам. Проделана грандиозная работа, которая начинает работать на благо Китая.
китайских ученых только что установили рекорд самой дальней квантовой телепортации
(Изображение предоставлено: sakkmesterke/Shutterstock)
Китайские ученые только что побили рекорд телепортации. Нет, они никого не телепортировали на космический корабль. Скорее, они отправили пакет информации из Тибета на спутник на орбите на высоте до 870 миль (1400 километров) над поверхностью Земли.
Точнее, ученые передали квантовое состояние фотона (информацию о том, как он поляризован) на орбиту.
Мало того, что команда установила рекорд дальности квантовой телепортации, они также показали, что можно построить практическую систему для дальней квантовой связи. Такую систему связи было бы невозможно подслушать, не предупредив пользователей, что сделало бы онлайн-коммуникации намного более безопасными.
Подобные эксперименты проводились и раньше, но Говард Уайзман, директор Центра квантовой динамики в Университете Гриффита в Брисбене, Австралия, сообщил Live Science по электронной почте, что этот эксперимент расширяет возможности технологии. [10 футуристических технологий, которые поклонники «Звездного пути» хотели бы увидеть]
«Это намного сложнее, потому что это к быстро движущейся цели, а ваши квантовые детекторы находятся далеко в космосе, где они должны работать без чьего-либо вмешательства», — сказал он. «Это большой шаг к квантовой коммуникации глобального масштаба».
Призрачные пары
В эксперименте используется одно из нескольких явлений, описывающих квантовую механику: запутанность или «призрачное действие на расстоянии», как назвал это Альберт Эйнштейн.
Когда две частицы запутаны, они остаются связанными, так что действие, выполняемое с одной, влияет и на другую, независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Точно так же, когда вы измеряете состояние одной частицы в запутанном дуэте, вы автоматически узнаете состояние второй. Физики называют эти состояния «коррелированными», потому что если одна частица — например, фотон — находится в «верхнем» состоянии, ее запутанный партнер будет в «нижнем» состоянии — своего рода зеркальное отражение. (Строго говоря, существует четыре возможных комбинации двух частиц).
Странно то, что как только состояние первой частицы измерено, вторая каким-то образом «знает», в каком состоянии она должна быть. Кажется, что информация распространяется мгновенно, без ограничения скорости света. [8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни]. 1600 и 2400 км) в зависимости от положения спутника на его орбите. Хотя этот эксперимент показал, что запутанность может происходить на больших расстояниях, в новом эксперименте эта запутанность используется для передачи квантового состояния фотона в отдаленное место.
В своем последнем эксперименте китайская группа под руководством Цзи-Ган Рена из Университета науки и технологии в Шанхае запустила лазер с наземной станции в Тибете в спутник на орбите. Этот лазерный луч нес фотон, запутавшийся с другим фотоном на земле. Затем они запутали фотон на земле с третьим фотоном и измерили их квантовые состояния. Но на самом деле ученые не выявили самих состояний. Они просто спрашивали, были ли их состояния (в данном случае их вертикальная или горизонтальная поляризация) одинаковыми или разными. Возможны четыре комбинации: вертикаль-вертикаль, вертикаль-горизонт, горизонталь-вертикаль и горизонталь-горизонт. Поскольку состояния частиц на земле коррелировали с состоянием частиц на спутнике, наблюдатель, глядя на фотон спутника, тем временем знал бы, что этот фотон должен находиться в одном из четырех возможных состояний, которые коррелируют с двумя фотонами на спутнике. земля.
Если бы на спутнике находился человек, то, как только ему сказали бы, что состояния наземных фотонов одинаковы или различны, он бы знал достаточно, чтобы реконструировать состояние наземных фотонов и воспроизвести это в их единственном фотоне на борту.
Квантовое состояние фотонов на земле телепортировалось бы на орбиту.
Хотя кажется, что информация распространяется быстрее скорости света, нет никакого способа использовать это свойство в качестве системы обмена мгновенными сообщениями. Это потому, что, хотя состояния запутанных частиц коррелированы, вы не можете знать, что они из себя представляют, пока не измерите их, и вы не можете контролировать их состояние.
Запутанные частицы могут выступать в качестве идеальных аутентификаторов сообщений. Причина в том, что акт наблюдения за частицей меняет ее поведение. Если бы подслушиватель пытался перехватить передачу между спутником и землей в этом недавнем эксперименте, квантовые состояния фотонов (измеренные учеными) не были бы правильно коррелированы.
Китайской команде удалось заставить работать запутывание на расстоянии от 310 миль (500 км) до 870 миль (1400 км), максимальном расстоянии до спутника. Это дальше, чем кому-либо когда-либо удавалось отправлять запутанные состояния.
Запутанные фотоны не могут взаимодействовать ни с чем другим на пути к месту назначения, потому что, как только они это сделают, их состояния будут «наблюдаемы» — выявлены в результате взаимодействия. Следовательно, телепортация не работает, если за фотонами наблюдают до того, как они достигнут места назначения. Когда ученые проводят подобные эксперименты, они не просто посылают одиночные фотоны один за другим; чтобы получить нужные измерения, им нужно отправить их много. Даже в космическом вакууме из миллионов отправленных фотонов спутник смог надежно принять только 911 из них, согласно исследованию. [Инфографика: Как работает квантовая запутанность]
Если бы те же самые фотоны были отправлены по оптоволоконным кабелям, а не через пространство, связь между фотонами была бы разрушена из-за помех от таких факторов, как тепло и вибрация, или даже случайных взаимодействий с кабель. Таким образом, для измерения запутанного фотона может потребоваться 380 миллиардов лет. Спутник, с другой стороны, находится за пределами атмосферы, и вероятность того, что запутанный фотон испортится, гораздо меньше.
«С оптоволокном вы теряете много фотонов», — сказал Билл Манро, старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных исследований NTT, в интервью Live Science. Отправка фотонов на орбиту означает, что вы можете построить настоящую систему связи. «Вы можете телепортироваться из Китая в Вашингтон или Нью-Йорк». По словам Мунро, проблема уменьшения помех сигналам и пропускания большего количества фотонов является технической и инженерной проблемой, которую можно решить.
И Манро, и Уайзман отметили, что часто люди думают о телепортации как о перемещении реального объекта (или фотона) из одного места в другое. «У людей подход «Звездный путь», — сказал Манро. «Они думают, что атомы телепортируются. То, что мы перемещаем, — это информация из одного [квантового] бита в другой [квантовый] бит. Нет материи — только информация. Это трудно уложить в голове».
Исследование появилось в ArXiv 4 июля.
Первоначально опубликовано на Live Science.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space.
com.
Джесси Эмспак — независимый журналист, сотрудничавший с несколькими изданиями, включая Space.com, Scientific American, New Scientist, Smithsonian.com и Undark. Он фокусируется на физике и крутых технологиях, но, как известно, пишет о более странных историях о человеческом здоровье и науке, связанных с культурой. Джесси имеет степень магистра искусств Калифорнийского университета, Школы журналистики Беркли и степень бакалавра искусств Университета Рочестера. Джесси провел годы, освещая финансы, и набился зубами в местных газетах, работая с местными политиками и полицией. Джесси любит вести активный образ жизни и имеет черный пояс четвертой степени по карате, а это значит, что теперь он знает, как многому ему еще предстоит научиться, и насколько важно хорошее обучение.
Подними меня, Скотти… Вроде того. Китайские ученые «телепортируют» фотон в космос: NPR
Утренний выпуск
Квантовый спутник «Мициус» пролетает мимо экспериментальной платформы квантовой телепортации в Тибете.
Китайские ученые объявили, что им удалось «телепортировать» информацию о фотоне с Земли в космос на расстояние более 300 миль.
Цзинь Ливанг/Информационное агентство Синьхуа/Getty Images
скрыть заголовок
переключить заголовок
Цзинь Ливанг/Информационное агентство Синьхуа/Getty Images
Квантовый спутник «Мициус» пролетает мимо экспериментальной платформы квантовой телепортации в Тибете. Китайские ученые объявили, что им удалось «телепортировать» информацию о фотоне с Земли в космос на расстояние более 300 миль.
Цзинь Ливанг/Информационное агентство Синьхуа/Getty Images
В наши дни достижения науки кажутся больше похожими на научную фантастику.
Китайские ученые объявили об успешной «телепортации» информации о фотоне с Земли в космос на расстояние более 300 миль.
Так это как «сияние» в «Звездный путь» или «аппарирование» волшебников в Гарри Поттер ? Вроде того, говорит Брайан Грин, профессор физики и математики Колумбийского университета.
«Это где-то посередине», — говорит Грин Дэвиду Грину из NPR (не родственник) в Morning Edition . «Но, честно говоря, вы должны быть очень взволнованы этим. Это безумие, чудесно, что мы можем это сделать».
Но прежде чем вы начнете мечтать о телепортации на работу, когда вы опаздываете, давайте поговорим о том, что все это на самом деле означает.
«Этот тип телепортации не предполагает, что объект, который вы телепортируете, буквально перемещается из источника в пункт назначения», — говорит Грин.
Профессор Грин говорит, что вместо фотона или крошечной частицы света, путешествующей из одного места в другое, информация о фотоне телепортируется.
Все это связано с квантовой физикой. Давайте сломаем это.
У китайских ученых было два фотона: один на Земле на наземной станции в Тибете и один на спутнике в космосе. Эти фотоны — то, что физики называют «запутанными».
«Запутанные частицы имеют странную связь», — говорит профессор Грин. «[Альберт] Эйнштейн назвал это «жутким действием». Все, что вы делаете с фотоном на Земле, немедленно влияет на фотон на спутнике».
Вы можете использовать эти два таинственно связанных фотона, чтобы фактически телепортировать третий фотон с другими свойствами с Земли в фотон в космосе.
Это было самое дальнее зарегистрированное расстояние квантовой запутанности, охватывающее более 300 миль.
И соединение, созданное квантовой запутанностью, теоретически невозможно взломать, а это значит, что в будущем люди смогут использовать его для безопасной передачи информации.
«Здесь есть проблема с безопасностью, — говорит профессор Грин, — потому что первая страна, построившая квантовый компьютер или квантовый Интернет, сможет отправлять сообщения, которые невозможно взломать.