Содержание
Китайцы телепортировались на 97 километров
Комсомольская правда
НаукаНаука: Клуб любознательных
Светлана КУЗИНА
14 мая 2012 13:01
Собирая данные в течение 14 400 секунд, ученые зарегистрировали 1 171 случай успешной квантовой телепортации
Телепортация для писателей-фантастов и сценаристов в их придуманных мирах давно стала стандартной транспортной услугой. Ведь более быстрого и удобного способа перемещения в пространстве и вообразить сложно. Даже серьезные ученые поддерживают эту захватывающую своими необыкновенными перспективами идею молниеносного перемещения из пункт А в пункт Б.
Сотрудники Научно-технического университета Китая и Шанхайского института технической физики сумели телепортировать кубиты на рекордно большое расстояние в 97 км, сообщает science.compulenta.ru. Напомним, что квантовая телепортация означает мгновенный перенос квантового состояния из одной точки пространства в другую, удаленную на большое расстояние. Впервые эффект квантовой телепортации был предложен в работе C.
Bennett, G.Brassard с соавторами.
Телепортация именно квантовая потому, что квантовые объекты – атомы — имеют такие свойства, которые обусловлены законами квантового мира и в макромире, то есть в нашем, обычном, не наблюдаются. Именно такие свойства частиц и послужили основой экспериментов по телепортации. Кроме того, важно уяснить, что квантовая телепортация – это перенос не объекта, а только неизвестного квантового состояния одного объекта на другой квантовый объект. Мало того, что квантовое состояние телепортируемого объекта так и остается для нас тайной, оно к тому же необратимо разрушается. Но что происходит совершенно точно – так это то, что в этих опытах получается идентичное состояние другого объекта в другом месте.
Первые идеи квантовой информатики зародились сразу же после работ Планка, Эйнштейна, де Бройля, Бора и других отцов-основателей квантовой физики. Квантовая телепортация была впервые реализована пятнадцать лет назад. Ее существование было установлено в ряде экспериментов в лабораториях Европы и США.
В 2006 году исследовательской группой из Института Нильса Бора в Копенгагене была впервые осуществлена успешная телепортация между объектами разной природы — квантами лазерного излучения и атомами цезия.
23 января 2009 года ученым впервые удалось телепортировать квантовое состояние иона на один метр. А 16 мая 2010 года физики из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуа провели эксперимент по передаче квантового состояния фотонов на 16 километров в свободном пространстве. Уже почти фантастика! (см. «КП» здесь).
И ныне впереди планеты всей — ученые из Китая. Физики из того же Научно-технического университета Китая и Шанхайского института технической физики построили свой эксперимент по традиционной схеме, согласно которой в процессе участвуют трое: Алиса (по принятым в криптографии правилам — отправитель), Боб (адресат) и Чарли. У Алисы имеется фотон 1 в произвольном квантовом состоянии, которое необходимо передать Бобу. Чтобы помочь ей, Чарли создаёт пару квантово запутанных фотонов 2 и 3 и отсылает один из них отправителю, а второй — принимающей стороне.
Затем Алиса производит измерение над своей системой из двух фотонов и сообщает его результат — по обычному классическому каналу связи — Бобу. Последний, получив сообщение, совершает необходимое преобразование над фотоном 3, приводя его состояние к тому виду, какой имело состояние кубита 1. На этом телепортация завершается.Физическая реализация этой схемы, предложенная авторами, также не отличается оригинальностью. Для создания запутанных пар фотонов учёные использовали излучение фемтосекундного УФ-лазера, получаемое путём удвоения частоты из импульсов ближнего ИК-диапазона с длиной волны в 788 нм.
Подготовленные УФ-импульсы направлялись на кристалл бета-бората бария, где в процессе спонтанного параметрического рассеяния рождались запутанные по поляризации фотоны 2 и 3. Частицу 2 посылали Алисе, расположенной рядом, а фотон 3 по отрезку оптоволокна передавался на обычный телескоп-рефрактор и отправлялся к Бобу, на другой берег горного озера Цинхай. На стороне Боба был смонтирован 40-сантиметровый телескоп-рефлектор, выполнявший функции приёмника.
Единственной нестандартной деталью, которая и обеспечила возможность телепортации на многокилометровое расстояние, стала система слежения. Её задача заключалась в том, чтобы ориентировать оптические элементы и наладить бесперебойную связь. В состав системы входили непрерывный, работавший на длине волны в 532 нм, и импульсный (отвечавший за синхронизацию) лазеры, установленные на стороне Чарли, а также мощный 671-нанометровый лазер на стороне Боба. Лазерное излучение фиксировалось камерами и так называемыми четырёхквадрантными детекторами, и в случае необходимости автоматика подавала сигнал на поворотные платформы и зеркала с пьезокерамическим приводом.
При испытаниях эта система проявила себя с наилучшей стороны. Собирая данные в течение 14 400 секунд, учёные зарегистрировали 1 171 случай успешной квантовой телепортации.
По мнению авторов, построенный ими комплекс слежения, способный быстро и точно реагировать на перемещения, подойдёт и для будущих экспериментов по организации квантовой связи на сверхбольших дистанциях с помощью спутников.
Возрастная категория сайта 18+
Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.
И.О. ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.
Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без
предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой
право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные
сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой
массовой информации или нарушением иных требований закона.
АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781
127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.
Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте
www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской
Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности
принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не
подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было
форме без письменного разрешения правообладателя.
Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]
Телепортация: реально ли перемещаться на тысячи километров?
Rusbase
Как далеки технологии от перемещения людей и какие разработки в этой области уже существуют
16 января 2019
На сегодняшний день телепортация, как и ряд других смелых футуристических теорий и технологий, например, чтение и обмен мыслями людей или путешествие во времени, считается уделом научной фантастики и рассматривается учеными лишь как гипотеза. Но с развитием науки исследователи начинают больше говорить о возможности телепортации, например, с использованием варп-перехода или квантовой телепортации запутанных частиц. Большинство этих заявлений осторожные и рассматривают такую возможность в достаточно отдаленной перспективе. Rusbase попробовал разобраться в доступной информации о технологии.
К возможным видам телепортации можно отнести квантовую телепортацию, которая передает на расстояние квантовое состояние частиц, ускорение материальных объектов до сверхсветовых скоростей с помощью варп-двигателя, метод дырочной телепортации, основанный на гипотетическом понятии дырочного вакуума, и теорию кротовых нор, доказывающую существование пространственных «туннелей».
Но более или менее явных результатов наука пока смогла добиться только в области квантовой телепортации.
Из статьи вы узнаете:
о том, что такое квантовая телепортация;
что говорят о телепортации ученые;
какие есть технологии, близкие к телепортации;
мнения экспертов по этому вопросу.
Квантовая телепортация
Читайте по теме: Правительство РФ планирует создать телепорт
Квантовая телепортация — это процесс передачи квантового состояния на расстояние при помощи разъединенной в пространстве пары запутанных частиц и обычного канала связи. Квантовое состояние разрушается в точке отправления и восстанавливается в точке приема, независимо от местонахождения двух частиц, и теоретически такие частицы могут находиться в разных уголках Вселенной.
Квантовая телепортация является частью квантовой оптики и уже используется при передаче и обработке данных, повышая уровень безопасности и надежности информационных каналов.
Однако, по мнению специалистов, явление квантовой запутанности, которое лежит в основе теории квантовой информации, может стать также и фундаментом для теории квантовой телепортации.
Рассматривая это явление, сразу следует уточнить, что квантовая телепортация может передавать на расстояние только частицы, но не передает энергию или вещество. Другими словами, полноценная телепортация живых объектов и неодушевленных предметов остается для науки только теорией.
Сейчас ученые в состоянии телепортировать атомы. Так, в 2009 году исследователи из университета Мэриленда впервые телепортировали квантовое состояние иона на один метр. Спустя год физики из Китая смогли передать квантовое состояние фотона на 16 километров. В 2015 году ученым из Национального института стандартов и технологий США удалось телепортировать фотоны через оптиковолоконные сети на расстояние более 100 километров, а в июле 2017 года СМИ сообщили, что фотон преодолел расстояние более 500 километров и телепортировался с Земли на орбиту.
Исследователи не исключают, что со временем технологию квантовой телепортации можно будет применить также и к молекулам, и к веществам, однако ученые относятся к этой идее скорее осторожно. Профессор Хэнсон из технологического университета Делфта в Нидерландах, участвовавший в презентации квантовой телепортации в 2014 году, отметил тогда, что если представить, что мы являемся набором атомов, собранных в определенной последовательности, то телепортировать человека из одного места в другое в принципе возможно.
Я бы не стал исключать возможность телепортации, поскольку не существует фундаментальных законов физики, которые запрещали бы сделать это. Если это когда-нибудь и случится, то в далеком будущем.
Источник
Рональд Хэнсон
Профессор Делфтсктого технического университета
Термин «квантовая телепортация» используют также в России. В июне 2016 года российские СМИ сообщили, что разработанная Агентством стратегических инициатив программа «Национальная технологическая инициатива» предусматривает в том числе, что к 2035 году в России будет внедрена технология телепортации.
Отметим, что эта технология была указана в числе других направлений НТИ, таких как внедрение нейроинтерфейса, квантовых вычислений и использование природоподобных явлений для передачи информации.
Позже представители Агентства стратегических инициатив прокомментировали публикацию о планах «Национальной технологической инициативы» и заявили, что в программе речь идет о квантовой телепортации, которая, по сути, представляет собой просто очень надежную линию связи. Эти разработки в первую очередь должны расширить квантовые коммуникации и квантовые линии связи. По словам специалистов, первые такие линии связи были созданы в России еще раньше и уже стали коммерческим продуктом.
В игре Portal игроку предстоит не только перемещать объекты при помощи порталов, но и путешествовать по ним самому. Скриншот из игры
Заявления ученых
Свои заявления о возможности телепортации в последние годы делали разные исследователи.
Осенью 2014 года британские ученые из Имперского колледжа Лондона, Университета Глазго и некоммерческой организации EngineeringUK заявили, что телепортация живых существ и неодушевленных предметов будет доступна человечеству примерно к 2080 году.
Нет никаких фундаментальных законов, подтверждающих, что телепортация невозможна. Учитывая развитие технологий, по моим подсчетам, мы сможем увидеть телепортацию, такую, какую мы наблюдаем в фильмах, где-то в районе 2080 года. Телепортировать человека, атом за атомом, будет очень сложно, и это, безусловно, задача физиков. Однако, возможно, новые открытия в химии и молекулярной биологии позволят нам достичь этого быстрее.
Источник
Мэри Жаклин Ромеро
Доктор наук Школы физики и астрономии при Университете Глазго
Отметим, эта же группа исследователей тогда же заявила, что примерно через 20 лет у людей может появиться мантия-невидимка наподобие одного из Даров Смерти из «Гарри Поттера», использующая адаптивные маскировочные средства, а примерно к 2100 году для человечества станет актуальным путешествие во времени.
В сентябре 2015 года прогнозом о возможности телепортации поделился с журналистами профессор Нью-Йоркского университета Митио Каку.
Ученый-физик, один из создателей теории струн и автор научно-популярных книг утверждает, что технология телепортации человека в пределах Земли и в космическом пространстве будет доступна через несколько десятилетий или, по крайней мере, в следующем веке.
Раньше физики смеялись над идеей телепортации, но теперь мы поняли ошибочность нашего смеха. Квантовая телепортация уже существует. В нашем университете мы сняли фильм о телепортации атома из одной комнаты в другую. Соответственно, на атомарном уровне мы уже умеем это делать с помощью метода квантовой запутанности.
Источник
Митио Каку
Профессор Нью-Йоркского университета
Помните варп-двигатели из «Звездных войн»? Они тоже частично завязаны на технологии телепортации
Какие еще технологии относят к «телепортации»
На фоне растущего интереса к теме «мгновенного перемещения» термин «телепортация» начинают активно использовать авторы изобретений, хотя и перспективных, но непосредственно не связанных с этим явлением.
В 2017 году американская компания Synthetic Genomics представила публике «биологический телепорт, способный распространять жизнь по Галактике». Эти слова посвящены устройству, представляющему собой преобразователь, который может передавать на расстоянии микроорганизмы, отправляя набор данных с «кодом» микроорганизма для сборки в любую точку планеты или даже на Марс. Авторы технологии отметили, что если такими преобразователями оснастить клиники по всему миру, то можно было бы производить массовую рассылку вакцин для борьбы с лихорадкой Эбола и другими заболеваниями.
Свой способ «телепортации» физических объектов придумали разработчики устройства Scotty, которое «телепортирует» вещи с помощью технологии 3D-печати, разрушая их во время сканирования в одном месте и воссоздавая их копии в другом. Специалисты прогнозируют, что разработка, в частности, сможет найти применение в интернет-торговле.
Возможности телепортации связаны не только с квантовой физикой, но основные разработки здесь пока проводятся именно в этом направлении.
Эйнштейн квантовую запутанность называл «жутким действием на расстоянии» и при этом был противником этой теории. Но специалисты считают, что использование такого эпитета для явления квантовой запутанности может быть достаточно оправданным. Хотя это явление и строго подчиняется законам квантовой физики, оно может быть связано с более глубокой, но еще не открытой, теорией. Кроме того, разработчикам технологии телепортации в будущем, возможно, смогут помочь возможности варп-двигателя, а также потенциал теорий кротовых нор и дырочной телепортации.
Мнения экспертов
Чарльз Беннет
Физик, почетный сотрудник IBM
В 1993 году международная группа из шести ученых подтвердила интуитивные размышления большинства авторов-фантастов, продемонстрировав, что совершенная телепортация в принципе возможна, но только в том случае, если оригинал при этом уничтожается.
В последующие годы другие ученые экспериментально подтвердили телепортацию в различных системах, в том числе на одиночных фотонах, когерентных световых полях, ядерных спинах и захваченных ионах.
Технология телепортации может оказаться довольно полезной как элемент обработки информации, который обеспечивает квантовые телекоммуникации на длинных расстояниях (возможно даже приведя к появлению «квантового интернета») и упрощает создание рабочих квантовых компьютеров.
Однако, к разочарованию поклонников фантастики, в обозримом будущем говорить о телепортации людей или других макроспопических объектов по ряду чисто практических причин не стоит, даже если это не противоречит никаким фундаментальным законам.
Наталья Луковникова
Директор Центра научно-технологического форсайта университета ИТМО
Телепортация — едва ли не самая нашумевшая и загадочная технология будущего, которую можно представить. Начнем с того, что она хорошо описана в фантастике, где иногда называется нуль-транспортировкой, а одно из самых нужных ее применений — это быстрое перемещение космических кораблей. И если сериал «Звездный путь» описывает «хорошую» телепортацию, где все работает и получается, то есть и трагические истории, такие как «Далекая Радуга» братьев Стругацких, где эксперименты по нуль-транспортировке погубили целую планету.
Но есть и другие примеры.
Современная квантовая телепортация еще не ушла так далеко и тем более не имеет отношения к перемещению чего-либо физического. Она занимается передачей состояния в паре спутанных элементарных частиц. Сейчас научное соперничество идет за дальность передачи, так в 2017 году китайцы заявили, что осуществили телепортацию состояния на 1 200 км. С этой точки зрения, телепортация больше касается технологий связи и ее быстроты, надежности, защищенности. То есть речь идет фактически о мгновенной передаче информации.
Эта же технология может помочь при исследованиях космоса для получения более точной информации о космических объектах, но для этого нужно будет создавать множество пар запутанных частиц в короткое время, что невозможно на данном уровне развития технологии. Квантовые компьютеры тоже связаны с квантовой телепортацией, ведь ее можно было бы применять для передачи состояний кубитов, которые сами по себе являются квантовыми объектами.
Так что, увы, в ближайшее время на уровне живых существ и предметов нам не грозит их перемещение с помощью телепорта.
Но от этого квантовая телепортация не становится менее значимой научной задачей.
Материалы по теме:
Правительство РФ планирует создать телепорт
Футуролог — о путешествиях в космос: когда мы полетим на Луну и сколько это будет стоить
В автомобилях будущего с вами будут ездить проекции ваших друзей
5 футурологов, за которыми стоит следить прямо сейчас
Безрельсовые трамваи, автономные капсулы, летающее такси — как мир переходит на транспорт будущего
©Rusbase, 2019
Автор: Антон Кузнецов
Изображение на обложке: J. C Park
Квантовая телепортация для гуманитариев
Квантовая телепортация — это телепортирование не физических объектов, не энергии, а состояния. Но в данном случае состояния передаются таким образом, каким в классическом представлении это сделать невозможно.
Как правило, для передачи информации о каком-то объекте требуется большое количество всесторонних измерений.
Но они разрушают квантовое состояние, и у нас нет возможности повторно его измерить. Квантовая телепортация используется для того, чтобы передать, перенести некое состояние, обладая минимальной информацией о нем, не «заглядывая» в него, не измеряя и тем самым не нарушая.
Кубиты
Кубит — это и есть состояние, которое передается при квантовой телепортации. Квантовый бит находится в суперпозиции двух состояний. Классическое состояние находится, например, либо в состоянии 0, либо в состоянии 1. Квантовое находится в суперпозиции, и, что очень важно, пока мы его не измерим, оно не будет определено. Представим себе, что у нас был кубит на 30% — 0 и на 70% — 1. Если мы его измерим, мы можем получить как 0, так и 1. За одно измерение нельзя ничего сказать. Но если приготовить 100, 1000 таких одинаковых состояний и раз за разом их измерять, мы можем достаточно точно охарактеризовать это состояние и понять, что действительно там было 30% — 0 и 70% — 1.
Это пример получения информации классическим способом.
Получив большое количество данных, адресат может воссоздать это состояние. Однако квантовая механика позволяет не готовить много состояний. Представим себе, что оно у нас есть только одно, уникальное, а второго такого нет. Тогда в классике передать его уже не получится. Физически, напрямую, это тоже не всегда возможно. А в квантовой механике мы можем использовать эффект запутанности.
Мы также используем явление квантовой нелокальности, то есть явление, которое невозможно в привычном для нас мире, для того чтобы здесь это состояние исчезло, а там появилось. Причем самое интересное, что применительно к тем же квантовым объектам существует теорема о неклонировании. То есть невозможно создать второе идентичное состояние. Надо уничтожить одно, чтобы появилось другое.
Квантовая запутанность
Что такое эффект запутанности? Это особым образом приготовленные два состояния, два квантовых объекта — кубита. Для простоты можно взять фотоны. Если эти фотоны разнести на большое расстояние, они будут коррелировать между собой.
Что это значит? Представим себе, что у нас один фотон синий, а другой зеленый. Если мы их разнесли, посмотрели и у меня оказался синий, значит, у вас оказался зеленый, и наоборот. Или если взять коробку обуви, где есть правый и левый ботинок, незаметно их вытащить и в мешке отнести один ботинок вам, другой мне. Вот я открыл мешок, смотрю: у меня правый. Значит, у вас точно левый.
Квантовый случай отличается тем, что состояние, которое пришло ко мне до измерения, не синее и не зеленое — оно в суперпозиции синего и зеленого. После того как вы разделили ботинки, результат уже предопределен. Пока мешки несут, пока их еще не открыли, но уже точно понятно, что там будет. А пока квантовые объекты не измерены, еще ничего не решилось.
Если взять не цвет, а поляризацию, то есть направление колебаний электрического поля, можно выделить два варианта: вертикальная и горизонтальная поляризация и +45° — -45°. Если сложить вместе в равной пропорции горизонтальную и вертикальную, то получится +45°, если вычесть одну из другой, то -45°.
Теперь представим, что точно так же один фотон попал ко мне, а другой к вам. Я посмотрел: он вертикальный. Значит, у вас горизонтальный. Теперь представим, что я увидел вертикальный, а вы посмотрели его в диагональном базисе, то есть посмотрели — он +45° или -45°, вы увидите с равной вероятностью тот ли иной исход. Но если я посмотрел в диагональном базисе и увидел +45°, то точно знаю, что у вас -45°.
Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена
Квантовая запутанность связана с фундаментальными свойствами квантовой механики и так называемым парадоксом Эйнштейна — Подольского — Розена. Эйнштейн так долго протестовал против квантовой механики, потому что считал, что природа не может со скоростью, большей скорости света, передавать информацию о состоянии. Мы же можем разнести фотоны очень далеко, например на световой год, а открывать одновременно. И мы все равно увидим эту корреляцию.
Но на самом деле теорию относительности это не нарушает, потому что информацию с помощью этого эффекта мы передать все равно не можем.
Измеряется либо вертикальный, либо горизонтальный фотон. Но неизвестно заранее, какой именно он будет. Несмотря на то что нельзя передавать информацию быстрей скорости света, запутанность позволяет реализовать протокол квантовой телепортации. В чем он заключается? Рождается запутанная пара фотонов. Одна направляется к передатчику, другая — к приемнику. Передатчик производит совместное измерение целевого фотона, который он должен передать. И с вероятностью ¼ он получит результат OK. Он может сообщить об этом получателю, и получатель в этот момент узнает, что у него точно такое же состояние, как было у передатчика. А с вероятностью ¾ он получает другой результат — не то чтобы неуспешное измерение, а просто другой результат. Но в любом случае это полезная информация, которую можно передать получателю. Получатель в трех из четырех случаев должен произвести дополнительный поворот своего кубита, чтобы получить передаваемое состояние. То есть передается 2 бита информации, и при помощи них можно телепортировать сложное состояние, которое ими закодировать нельзя.
Квантовая криптография
Одна из главных сфер применения квантовой телепортации — это так называемая квантовая криптография. Идея этой технологии заключается в том, что одиночный фотон невозможно клонировать. Следовательно, мы можем передавать информацию в этом одиночном фотоне, и никто не сможет ее продублировать. Более того, при любой попытке кем-то узнать что-то об этой информации состояние фотона изменится или разрушится. Соответственно, любая попытка получить эту информацию посторонним будет замечена. Это можно использовать в криптографии, в защите информации. Правда, передается не полезная информация, а ключ, которым потом уже классически возможно абсолютно надежно передавать информацию.
У этой технологии есть один большой недостаток. Дело в том, что, как мы уже раньше говорили, создать копию фотона невозможно. Обычный сигнал в оптоволокне можно усилить. Для квантового случая усилить сигнал невозможно, так как усиление будет эквивалентно некоторому перехватчику.
В реальной жизни, в реальных линиях передача ограничена расстоянием приблизительно до 100 километров. В 2016 году Российским квантовым центром была проведена демонстрация на линиях Газпромбанка, где показали квантовую криптографию на 30 километрах волокна в городских условиях.
В лаборатории мы способны показывать квантовую телепортацию на расстоянии до 327 километров. Но, к сожалению, большие расстояния непрактичны, потому что фотоны теряются в волокне и скорость получается очень низкая. Что делать? Можно поставить промежуточный сервер, который будет получать информацию, расшифровывать, потом снова зашифровывать и передавать дальше. Так делают, например, китайцы при строительстве своей сети квантовой криптографии. Такой же подход используют и американцы.
Квантовая телепортация в данном случае — это новый метод, который позволяет решить задачу квантовой криптографии и увеличить расстояние до тысяч километров. И в этом случае тот самый фотон, который передается, многократно телепортируется.
Над этой задачей работает множество групп во всем мире.
Квантовая память
Представим себе цепочку телепортаций. В каждом из звеньев есть генератор запутанных пар, который должен их создавать и распределять. Это не всегда удачно происходит. Иногда нужно ждать, пока успешно произойдет очередная попытка распределения пар. И у кубита должно быть какое-то место, где он подождет телепортации. Это и есть квантовая память.
В квантовой криптографии это своего рода промежуточная станция. Называются такие станции квантовыми повторителями, и они сейчас являются одним из основных направлений для исследований и экспериментов. Это популярная тема, в начале 2010-х повторители были очень отдаленной перспективой, но сейчас задача выглядит реализуемой. Во многом потому, что техника постоянно развивается, в том числе за счет телекоммуникационных стандартов.
Ход эксперимента в лаборатории
Если вы придете в лабораторию квантовых коммуникаций, то вы увидите много электроники и волоконную оптику.
Вся оптика стандартная, телекоммуникационная, лазеры в маленьких стандартных коробочках — чипах. Если вы зайдете в лабораторию Александра Львовского, где, в частности, делают телепортацию, то вы увидите оптический стол, который стабилизирован на пневмоопорах. То есть если этот стол, который весит тонну, потрогать пальцем, то он начнет плавать, покачиваться. Это сделано по причине того, что техника, которая реализует квантовые протоколы, очень чувствительна. Если вы поставите на жесткие ножки и будете ходить вокруг, то это все будет по колебаниям стола. То есть это открытая оптика, достаточно большие дорогие лазеры. В целом это достаточно громоздкое оборудование.
Исходное состояние готовится лазером. Для подготовки запутанных состояний используется нелинейный кристалл, который накачивается импульсным или непрерывным лазером. За счет нелинейных эффектов рождаются пары фотонов. Представим себе, что у нас есть фотон энергии два — ℏ(2ω), он преобразуется в два фотона энергии один — ℏω+ ℏω.
Эти фотоны рождаются только вместе, не может сначала отделиться один фотон, потом другой. И они связаны (запутаны) и проявляют неклассические корреляции.
История и актуальные исследования
Итак, в случае квантовой телепортации наблюдается эффект, который в ежедневной жизни мы наблюдать не можем. Но зато был очень красивый, фантастический образ, который как нельзя кстати подходил для описания этого явления, поэтому и назвали так — квантовая телепортация. Как уже было сказано, нет момента времени, когда здесь кубит еще существует, а там он уже появился. То есть сначала здесь уничтожено, а только потом там появляется. Это и есть та самая телепортация.
Квантовая криптография
Квантовая телепортация была предложена теоретически в 1993 году группой американских ученых под руководством Чарльза Беннета — тогда и появился этот термин.
Первая экспериментальная реализация была проведена в 1997 году сразу двумя группами физиков в Инсбруке и Риме. Постепенно ученым удавалось передавать состояния на все большее расстояние — от одного метра до сотен километров и более.
Сейчас люди пытаются делать эксперименты, которые, возможно, в будущем станут основой для квантовых повторителей. Ожидается, что спустя 5–10 лет мы увидим реальные квантовые повторители. Развивается и направление передачи состояния между объектами разной природы, в том числе в мае 2016 года была проведена гибридная квантовая телепортация в Квантовом центре, в лаборатории Александра Львовского. Теория тоже не стоит на месте. В том же Квантовом центре под руководством Алексея Федорова разрабатывается протокол телепортации уже не в одну сторону, а двунаправленный, чтобы с помощью одной пары сразу одновременно навстречу друг другу телепортировать состояния.
В рамках нашей работы над квантовой криптографией создается квантовое устройство распределения и ключа, то есть мы генерируем ключ, который невозможно перехватить.
А дальше уже пользователь может зашифровать этим ключом информацию, используя так называемый одноразовый блокнот. Новые преимущества квантовых технологий должны раскрыться в ближайшее десятилетие. Развивается создание квантовых сенсоров. Их суть в том, что за счет квантовых эффектов мы можем гораздо точнее измерять, например, магнитное поле, температуру. То есть берутся так называемые NV-центры в алмазах — это крошечные алмазы, в них есть азотные дефекты, которые ведут себя квантовые объекты. Они очень похожи на замороженный одиночный атом. Смотря на этот дефект, можно наблюдать изменения температуры, причем и внутри одиночной клетки. То есть измерить не просто температуру под мышкой, а температуру органеллы внутри клетки.
В Российском квантовом центре также есть проект спинового диода. Идея такова, что мы можем взять антенну и начать очень эффективно собирать энергию из фоновых радиоволн. Достаточно вспомнить, сколько Wi-Fi-источников сейчас в городах, чтобы понять, что энергии радиоволн вокруг очень много.
Ее можно использовать для носимых датчиков (например, для датчика уровня сахара в крови). Для них нужна постоянная энергетическая подпитка: либо батарейка, либо такая система, которая собирает энергию, в том числе от мобильного телефона. То есть, с одной стороны, эти задачи можно решать с существующей элементной базой с определенным качеством, а с другой стороны, можно применить квантовые технологии и решить эту задачу еще лучше, еще более миниатюрно.
Квантовая механика очень сильно изменила человеческую жизнь. Полупроводники, атомная бомба, атомная энергетика — это все объекты, работающие благодаря ей. Весь мир сейчас бьется над тем, чтобы начать управлять квантовыми свойствами одиночных частиц, в том числе запутанных. Например, в телепортации участвуют три частицы: одна пара и целевая. Но каждая из них управляется отдельно. Индивидуальное управление элементарными частицами открывает новые горизонты для техники, в том числе квантовый компьютер.
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 технологий 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: [email protected].
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, что означает, что теперь он знает, как многому ему еще предстоит научиться, и насколько важно хорошее обучение.
Китайская телепортация данных в космос — «глубокий» подвиг
- Новый китайский эксперимент показывает, что квантовая телепортация работает между землей и космосом.
- Эксперимент проводился с использованием квантового исследовательского спутника под названием Micius, который Китай запустил в 2016 году.
- Он работал на расстоянии 870 миль (1400 километров), что во много раз превышает предыдущий рекорд телепортации.
- Квантовый физик говорит, что эксперимент является «глубоким» в том смысле, что он может помочь создать сверхбезопасный и сверхбыстрый квантовый интернет.
- Посетите домашнюю страницу Business Insider, чтобы узнать больше.
LoadingЧто-то загружается.
Спасибо за регистрацию!
Получайте доступ к своим любимым темам в персонализированной ленте, пока вы в пути.
В начале июля ученые из Китая показали, что они использовали «жуткое» свойство Вселенной, чтобы впервые осуществить телепортацию между землей и космосом.
Ни люди, ни предметы не были телепортированы, только свойства фотонов — или частиц света — с использованием физической теории, называемой квантовой механикой. Эксперимент был доказательством концепции.
Но это не должно умалять важности подвига: этот эксперимент по квантовой телепортации работал на расстоянии до 870 миль (1400 километров), что примерно в восемь раз превышает предыдущий рекорд. Более того, по мнению по крайней мере одного исследователя, возможность телепортироваться на спутники представляет собой огромный скачок в развитии технологий, способных изменить современный мир.
Дж. К. Симус Дэвис, физик из Корнельского университета, изучающий квантовую механику, сказал, что последнее исследование было «глубоким», поскольку оно продемонстрировало основу полностью «квантового интернета» — технологии, которая, вероятно, сделает нашу всемирную паутину устаревшей.
«Такой интернет будет гораздо более мощным с точки зрения скорости и гораздо более безопасным с точки зрения невозможности доступа к личной информации», — сказал Дэвис Business Insider. «Невозможно подслушать, не зная, что это произошло».
Тридцать два исследователя из академических учреждений Китая 4 июля разместили проект последнего исследования на Arxiv, сервере препринтов для научных работ. Хотя ученые еще не рецензировали новое исследование, оно следует за похожим исследованием, опубликованным 15 июня в журнале Science, в котором использовался тот же спутник квантовой телепортации под названием Micius.
Дэвис не мог сказать, когда появится квантовый интернет и каковы будут его точные последствия. Но он считает, что влияние будет огромным, хотя его развитие может напоминать появление интернета в 19-м веке.80-е годы.
Этот момент изначально был отмечен любопытством и, в некоторых случаях, амбивалентностью. Однако рождение Интернета привело к десятилетнему периоду крайних разрушений и инноваций, а также к изменению современного мира.
Публичный и полностью квантовый интернет может спровоцировать нечто подобное.
«Квантовые физики могут предвидеть это: квантовый интернет, квантовые информационные технологии, квантовые вычисления, квантовая криптография», — сказал Дэвис, не участвовавший в исследовании. «Они только сейчас появляются на горизонте, и через 30-50 лет они будут доминировать в том, как устроен мир. Вот почему я нахожу эту статью такой поразительной».
Использование призрачности квантовой телепортации
В 1992 году исследователи доказали, что телепортация работает, по крайней мере математически, а затем впервые продемонстрировали это в лаборатории в 1998 году с использованием фотонов. С тех пор ученые всего мира воспроизводят и развивают эту работу.
Квантовая телепортация не похожа на версию телепортации из «Звездного пути», где человека сканируют и собирают где-то еще во Вселенной. Вместо этого он включает в себя «запутывание» двух крошечных частиц, их разделение и сохранение их достаточной стабильности, чтобы они оставались связанными друг с другом.
Запутывание связывает определенные состояния частиц, такие как вращение или поляризация, но удерживает знания об этих состояниях в темной и причудливой ситуации, называемой «суперпозицией». При запутывании состояние частицы считается, например, верхним, нижним или обоими.
«Это странная ситуация — такая же странная, как если бы у вас мог быть одновременно живой и мертвый кот», — сказал Дэвис.
Роберт Коуз-Бейкер/Flickr Creative Commons
Тем не менее, когда одну из частиц измеряют напрямую (или слишком сильно толкают), ее состояние становится известным, а другая частица мгновенно показывает противоположное состояние. Как будто две частицы — это одна и та же частица, находящаяся в одном и том же месте и в одно и то же время, независимо от того, насколько далеко они друг от друга — они каким-то образом «телепортируют» свои скрытые состояния быстрее скорости света.
Альберт Эйнштейн назвал этот эффект «призрачным действием на расстоянии», главным образом для того, чтобы предположить, что он считал эту идею абсурдной.
«Эйнштейн не мог этого принять, — сказал Дэвис. «По сути, он ушел в могилу, не приняв это как факт, но теперь миллионы раз было показано, что это работает».
Как и почему фотоны, атомы и другие частицы могут быть запутаны и квантово-телепортировать свои состояния друг к другу, не имеет смысла в контексте нашей повседневной жизни. В крошечных масштабах Вселенная, кажется, играет по другим правилам, многие из которых парадоксальны и не поддаются здравому смыслу. Например, в некоторых квантово-механических сценариях следствие не всегда следует за причиной; следствие может фактически произойти до того, как возникнет его причина. («Я этого не выдумывал», — сказал Дэвис.)
Дэвис добавил, что никого нельзя обвинить в том, что он запутался в квантовой механике, поскольку «мы не эволюционировали, чтобы понять» теорию и ее противоречивые ответвления.
«Но математика, предсказания, сделанные в 1920-х годах, оказались верными», — сказал он. «Это самая успешная научная теория человечества».
Однако за все эти десятилетия математики и экспериментов никому так и не удалось телепортироваться с земли на орбиту — во всяком случае, до сих пор. И Дэвис подозревает, что это меняет правила игры.
Зачем и как телепортироваться в космос
Волоконно-оптический кабель.
Шаттерсток
Причина, по которой кому-то захочется телепортироваться в космос, заключается в том, что обычный способ разделения запутанных фотонов с помощью волоконно-оптических кабелей, на который частично опирается Интернет, проблематичен.
Прокладка оптоволоконных кабелей стоит дорого и занимает много времени.
Чем длиннее кабель, тем больше в нем потерь и тем выше вероятность того, что запутывание будет разрушено. Даже лазерное излучение запутанных фотонов через воздух не работает после определенного расстояния; атмосферные возмущения толкают и разрушают запутанность.
Спутник квантовой телепортации Micius выведен на орбиту 16 августа 2016 года.
Китайская академия наук
«Многообещающим решением этой проблемы является использование спутниковой платформы и космической связи», поскольку космос в основном пуст и с меньшей вероятностью запутывается, пишут авторы. «Эта работа устанавливает первую восходящую линию связи «земля-спутник» для надежной и сверхдальней квантовой телепортации, что является важным шагом на пути к квантовому интернету глобального масштаба».
Для этого исследователи использовали специальный передатчик под названием Нгари, который находится на тибетском горном хребте. Из-за большой высоты между передатчиком и Micius, который был запущен в 2016 году и оснащен очень чувствительным детектором фотонов, было как можно меньше воздуха. Это значительно повысило шансы запутанных фотонов добраться до космоса в целости и сохранности.
Чтобы запутать фотоны, исследователи направили луч ультрафиолетового лазера через специальный кристалл, который создал пары фотонов с противоположными — пока неизвестными — состояниями поляризации. (Поляризация — это то же свойство света, которое поляризованные солнцезащитные очки могут отфильтровывать для улучшения контраста.) При этом они создали объекты, называемые кубитами, или квантово-запутанными битами.
Затем зеркала разделили лазерный луч и его пары квантово-запутанных фотонов. В ходе эксперимента один фотон оставался на земле, а другой посылался Мициусу со скоростью около 4080 запутанных фотонов в секунду.
Чтобы спутник обнаруживал запутанные фотоны в нужное время и чтобы сигнал передатчика оставался сильным, инженеры приняли всевозможные меры предосторожности.
Миций, например, тщательно блокировал свет от Луны, отслеживал звезды, чтобы узнать их точное положение на орбите, работал при очень низкой температуре — поскольку теплые объекты излучают инфракрасный свет — и пролетал над головой в одно и то же время каждую ночь. Точные таймеры также помогли синхронизировать устройства, чтобы они могли предсказать, когда каждый фотон, покинувший передатчик, достигнет спутника.
Спутник был в поле зрения передатчика с расстояния 870 миль, когда он был на горизонте, и с расстояния 310 миль, когда он летел прямо над головой.
Схема установки квантовой телепортации, которую использовали исследователи в Китае в 2017 году.
Джи-Ганг Рен и др.
/arXiv
За 32 вечера 911 пар фотонов продемонстрировали телепортацию, когда ученые измеряли их состояния. Это может показаться не таким уж большим, особенно из миллионов и миллионов пар, но это прорыв.
«Несложно проверить, что нужно ждать 380 миллиардов лет (в 20 раз больше времени жизни Вселенной), чтобы стать свидетелем одного события» с аналогичной установкой через оптоволоконный кабель, пишут авторы.
Осталась работа
Что не так просто, так это запуск общедоступного квантового интернета.
Несмотря на то, что было построено несколько небольших квантовых интернетов, они используют волоконно-оптические кабели (не спутники), являются небольшими и, как правило, идут на компромисс в отношении скорости и безопасности при взаимодействии с традиционными компьютерами.
Чтобы глобальный квантовый интернет заработал, Китаю или какой-либо другой организации придется придумать, как повысить точность своих квантово-интернет-сигналов.
Точно так же нам потребуются доступные, надежные и, в конечном счете, полезные коммерческие квантовые компьютеры и квантовые маршрутизаторы, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами скорости и безопасности квантового интернета.
Сверхпроводящий кубит, используемый в квантовом компьютере.
Эрик Лусеро/UCSB
Что касается безопасности, то кому-то нужно будет показать, что цепочки из многих кубитов можно надежно отправлять в космос и из космоса для формирования «квантовых ключей». Это уничтожило бы все другие формы шифрования, поскольку они были бы случайным образом сгенерированы природой и, следовательно, не поддаются взлому. (Любая попытка прослушивания квантово-зашифрованных данных разрушит состояние запутанной пары и приведет к выявлению ошибок.
)
Дэвис считает, что до того момента, когда все эти технологии сольются, еще много лет. Но если бы это произошло, сказал он, мы все могли бы получить невероятное количество новых преимуществ — помимо улучшения нашего глобального общедоступного Интернета.
«Возьмите то, что мы делаем сейчас, и скажите, что мы просто сделаем это лучше», — сказал он. «Ваш ноутбук работает быстрее. Ваш сезон Netflix загружается за 10 секунд вместо 10 часов. Ваши медицинские записи полны, представлены и защищены в любой медицинской системе мира».
И, что очень важно, «авиакомпании могли бы продавать правильное количество мест на каждом рейсе», — сказал он.
Первый объект телепортирован с Земли на орбиту
Космос
Исследователи из Китая телепортировали фотон с земли на спутник, находящийся на высоте более 500 километров.
Автор:
- Emerging Technology from the arXivarchive page
10 июля 2017 г.
древнекитайский философ, умерший в 39 г.1 г. до н.э. Ракета вывела Мициус на солнечно-синхронную орбиту, так что она проходит над одной и той же точкой Земли в одно и то же время каждый день.
Micius — это высокочувствительный приемник фотонов, который может обнаруживать квантовые состояния отдельных фотонов, испускаемых с земли. Это важно, потому что это должно позволить ученым протестировать технологические строительные блоки для различных квантовых подвигов, таких как запутанность, криптография и телепортация.
Сегодня команда Micius объявила о результатах своих первых экспериментов. Команда создала первую квантовую сеть «спутник-земля», побив рекорд по самому длинному расстоянию, на котором была измерена запутанность. И они использовали эту квантовую сеть для телепортации первого объекта с земли на орбиту.
Телепортация стала стандартной операцией в лабораториях квантовой оптики по всему миру. Техника основана на странном явлении запутанности. Это происходит, когда два квантовых объекта, таких как фотоны, формируются в один и тот же момент и в одной и той же точке в пространстве и, таким образом, разделяют одно и то же существование.
С технической точки зрения они описываются одной и той же волновой функцией.
Любопытная особенность запутанности заключается в том, что это совместное существование продолжается даже тогда, когда фотоны разделены огромными расстояниями. Таким образом, измерение одного сразу же влияет на состояние другого, независимо от расстояния между ними.
Еще в 1990-х годах ученые поняли, что могут использовать эту связь для передачи квантовой информации из одной точки Вселенной в другую. Идея состоит в том, чтобы «загрузить» всю информацию, связанную с одним фотоном, в одном месте и передать ее по запутанной ссылке другому фотону в другом месте.
Этот второй фотон затем принимает идентичность первого. Во всех смыслах и целях он становится первым фотоном. Такова природа телепортации, и ее много раз выполняли в лабораториях на Земле.
Телепортация является строительным блоком для широкого спектра технологий. «Телепортация на большие расстояния была признана фундаментальным элементом в таких протоколах, как крупномасштабные квантовые сети и распределенные квантовые вычисления», — говорит китайская команда.
Теоретически не должно быть максимального расстояния, на котором это можно сделать. Но запутанность — хрупкая вещь, потому что фотоны взаимодействуют с веществом в атмосфере или внутри оптических волокон, в результате чего запутанность теряется.
В результате расстояние, на котором ученые измеряли запутанность или осуществляли телепортацию, сильно ограничено. «Предыдущие эксперименты по телепортации между удаленными точками были ограничены расстоянием порядка 100 километров из-за потери фотонов в оптических волокнах или наземных каналах в свободном пространстве», — говорят ученые.
Но Мициус меняет все это, потому что он вращается на высоте 500 километров, и на большей части этого расстояния любые фотоны, совершающие путешествие, проходят через вакуум. Чтобы свести к минимуму количество атмосферы на пути, китайская команда установила свою наземную станцию в Нгари в Тибете на высоте более 4000 метров. Таким образом, расстояние от земли до спутника варьируется от 1400 километров, когда он находится у горизонта, до 500 километров, когда он находится над головой.
Для проведения эксперимента китайская группа создала на земле запутанные пары фотонов со скоростью около 4000 фотонов в секунду. Затем они направили один из этих фотонов на спутник, который пролетал каждый день в полночь. Они оставили другой фотон на земле.
Наконец, они измерили фотоны на земле и на орбите, чтобы подтвердить, что имеет место запутывание и что они могут телепортировать фотоны таким образом. За 32 дня они отправили миллионы фотонов и нашли положительные результаты в 911 случаев. «Мы сообщаем о первой квантовой телепортации независимых однофотонных кубитов из наземной обсерватории на низкоорбитальный спутник — по восходящему каналу — на расстояние до 1400 км», — говорят в китайской команде.
Это первый случай, когда какой-либо объект был телепортирован с Земли на орбиту, и он бьет рекорд по самому длинному расстоянию для запутывания.
Это впечатляющая работа, которая закладывает основу для гораздо более амбициозных целей в будущем. «Эта работа устанавливает первую восходящую линию связи «земля-спутник» для надежной и сверхдальней квантовой телепортации, что является важным шагом на пути к квантовому интернету глобального масштаба», — говорят в команде.
Это также свидетельствует об очевидном доминировании и лидерстве Китая в области, в которой до недавнего времени лидировали Европа и США — Мициус наверняка был бы впечатлен. Но важный вопрос сейчас заключается в том, как на это отреагирует Запад.
Ref: arxiv.org/abs/1707.00934: квантовая телепортация от земли к сателлиту
По появлению технологий из Arxiv
Hept Reading
Самые популярные
0196
Пользователи LinkedIn получают миллионы долларов от мошеннических связей, выдавая себя за выпускников престижных университетов и сотрудников ведущих технологических компаний.
Оставайтесь на связи
Иллюстрация Роуз Вонг
Узнайте о специальных предложениях, главных новостях,
предстоящие события и многое другое.
Введите адрес электронной почты
Политика конфиденциальности
Спасибо за отправку вашего электронного письма!
Ознакомьтесь с другими информационными бюллетенями
Похоже, что-то пошло не так.