Китайцы телепортировали частицу: Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Ученые из Китая впервые в истории телепортировали частицу с Земли в космос :: Новости :: ТВ Центр

16:21

  • среда
  • 12 июля 2017

Китайские физики провели первую в мире «космическую» квантовую телепортацию. Ученым удалось переправить информацию о состоянии частицы с квантового спутника «Мо-цзы» на станцию слежения на Земле.

В мире успешно проведена первая «космическая» квантовая телепортация. Это сделали физики из Шанхая, о чем говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org.

Ученым удалось переправить информацию о состоянии частицы с квантового спутника «Мо-цзы» на станцию слежения на Земле, передает РИА Новости.

Таким образом, китайские специалисты заявили о первой квантовой телепортации одиночных фотонов с обсерватории на Земле на спутник, который находится на околоземной орбите. Он удален от нее на 1,4 тысячи километров.

«Успешная реализация этой задачи открывает дорогу к сверхдальней телепортации и является первым шагом на пути к созданию квантового интернета», — пишет физик Цзянь-Вэй Пань вместе со своими коллегами из университета Шанхая.

Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Данное явление 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. Сейчас системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, Китае и США.

В России и ряде зарубежных стран ученые также создали десятки систем квантовой связи, узлы которых могут обмениваться данными на довольно больших расстояниях, составляющих около 200-300 километров. Но все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, как свет угасает при движении через оптоволокно.

Главное сегодня

  • Рейтинги европейских политиков стремительно падают

  • В ООН осудили покушение на главу Русского дома в ЦАР

  • Непогода в США привела к человеческим жертвам

  • За сутки в России госпитализировано 1266 больных коронавирусом

  • Путин заслушал доклады генералов в штабе спецоперации

СЛЕДУЮЩАЯ НОВОСТЬ

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.

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.

И.О. ШЕФ-РЕДАКТОРА САЙТА — КАНСКИЙ ВИКТОР ФЕДОРОВИЧ.

АВТОР СОВРЕМЕННОЙ ВЕРСИИ ИЗДАНИЯ — СУНГОРКИН ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ.

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: фотонные частицы сегодня, люди завтра?

  • Опубликовано

Источник изображения, Getty Images

Подпись к изображению,

Готовы ли мы смело идти туда, куда еще никто не ступал?

Том Спендер

BBC News

Китайские ученые говорят, что им удалось «телепортировать» частицу фотона с земли на спутник, находящийся на расстоянии 1400 км (870 миль).

Однако у многих телепортация ассоциируется с чем-то гораздо более экзотическим. Мир, ранее ограниченный научной фантастикой, теперь становится реальностью?

Ну вроде того. Но вряд ли в ближайшее время мы будем сиять в офисе или на пляже на Багамах. Извиняюсь.

Как это работает?

Проще говоря, телепортация — это передача состояния вещи, а не самой вещи.

Некоторые физики приводят в пример факсимильный аппарат — он отправляет информацию о метках на листе бумаги, а не о самой бумаге. Принимающий факс получает информацию и применяет ее к уже имеющемуся сырью в виде бумаги.

Это видео невозможно воспроизвести

Чтобы воспроизвести это видео, вам необходимо включить JavaScript в вашем браузере.

Медиа-заголовок,

Китай телепортирует первый фотон с Земли на орбиту, используя квантовую запутанность

Это не телепортация в смысле «Звездного пути» — мгновенное перемещение материи из одного места в другое — как многие инстинктивно видят это.

Вместо этого он основан на явлении, известном как квантовая запутанность.

Что такое квантовая запутанность?

Действительно. Явление возникает, когда две частицы создаются в одно и то же время и в одном и том же месте и, таким образом, фактически существуют одинаково.

Эта запутанность продолжается даже тогда, когда фотоны разделяются. Это означает, что если один из фотонов изменится, другой фотон в другом месте тоже изменится.

Профессор Санду Попеску из Бристольского университета занимается квантовой запутанностью с 1990-х годов.

«Уже тогда люди думали о «Звездном пути». Но мы говорим об отправке состояния одной частицы, а не миллиардов миллиардов миллиардов частиц, из которых состоит человек», — говорит он.

«Если вы думаете об отдаленной планете, то сначала вам придется обмениваться миллиардами запутанных пар частиц, а затем отправлять и другую информацию. Это очень нетривиально. Не стоит этим увлекаться. »

Как телепортировать частицу?

Вернемся к нашим двум запутанным частицам. Если третья частица взаимодействует с первой запутанной частицей, изменение, происходящее в запутанной частице, отражается в ее близнеце.

Итак, двойник содержит информацию о третьей частице и фактически принимает ее существование.

Отлично, в чем проблема?

Было невозможно создать дальнюю связь между двумя запутанными частицами, потому что запутанный фотон может пройти только около 150 км по оптоволоконному каналу, прежде чем поглотится.

Источник изображения, AFP/Getty

Подпись к изображению,

Китайский спутник Micius оснащен чувствительным приемником фотонов

Исследователи уже давно заметили потенциал спутниковой связи, поскольку фотонам легче перемещаться в космосе, но их трудно передать через земную атмосферу — частицы могут отклоняться в зависимости от атмосферных условий.

Подробнее:

  • Квантовые вычисления: переломный момент или угроза безопасности?
  • «Мертвый или живой» кот в физике Top 10
  • Джастин Трюдо решает квантовую задачу
  • Про-балерина и квантовый физик

Чего добилась китайская команда?

Они создали 4000 пар квантово-запутанных фотонов в секунду в своей лаборатории в Тибете и направили один фотон из каждой пары в луче света на спутник под названием Micius, названный в честь древнекитайского философа.

У Микиуса есть чувствительный приемник фотонов, который может обнаруживать квантовые состояния одиночных фотонов, выпущенных с земли. В их отчете, опубликованном в Интернете, говорится, что это первая подобная ссылка для «точной и сверхдальней квантовой телепортации».

«Это очень хороший эксперимент — я не ожидал, что все пройдет так быстро и гладко», — говорит профессор Антон Цайлингер из Венского университета, который обучал ведущего китайского ученого Пана Цзяньвэя.

Если вы не можете телепортировать людей, почему это интересно?

Основной целью квантовой телепортации в настоящее время является создание сетей связи, которые невозможно взломать.

«Законы природы обеспечивают защиту», — говорит профессор Попеску. «Если бы кто-то перехватил информацию, вы могли бы ее обнаружить, потому что всякий раз, когда вы пытаетесь наблюдать за квантовой системой, вы нарушаете ее».

Источник изображения, Science Photo Library

Подпись к изображению,

Квантовые компьютерные сети обеспечивают большую безопасность -называемые «доверенными узлами» каждые 100 км, где квантовый сигнал измеряется и снова отправляется, говорит профессор Цайлингер.

«Это первый квантовый интернет. Скорость передачи данных низкая, поэтому он бесполезен для современного интернета. Но он полезен для обновления квантового ключа, используемого для отправки зашифрованной информации», — говорит профессор Цайлингер.

Квантовая сеть может использоваться для конфиденциальной финансовой или избирательной информации, говорит профессор Ян Уолмсли из Оксфордского университета.

«Еще предстоит преодолеть значительные барьеры. Но именно так начинаются преобразующие изменения», — говорит он.

Ученые «телепортируют» частицу на сотни миль — но что это значит?

Автор:

Ryan F. Mandelbaum

Комментарии (183)

Мы можем получать комиссию за ссылки на этой странице.

Человечество быстро приближается к месту, где новости звучат очень похоже на научную фантастику. Фактически, вчера китайские ученые сообщили, что они «телепортировали» фотон на сотни миль с помощью «квантового спутника». Но это не Звездный путь. Это реальный мир.

Что, к сожалению, означает, что это гораздо менее увлекательно, чем телепортация в стиле «Звездного пути». Но все равно очень круто, обещаю!

Эта «квантовая телепортация» на самом деле не включает в себя телепортацию реального объекта — это вообще не телепортация. На самом деле ученые посылают информация о частице света таким способом, который может быть доступен только двум наблюдателям. Это может иметь серьезные последствия для будущего вычислений — это обеспечит невероятное шифрование данных. Но до шифрования с помощью этой технологии еще далеко.

Тем не менее, исследователи пишут в своей новой статье: «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». Давайте разберемся, что это значит.

Прошлым летом Китай запустил спутник Micius, предназначенный для проверки связи на больших расстояниях, основанной на принципах квантовой механики. В прошлом месяце они опубликовали свои первые результаты, продемонстрировав, что могут «запутывать» частицы на рекордных расстояниях — сотни километров.

Запутанность является следствием того факта, что в квантовой физике, научной теории, управляющей мельчайшими частицами, люди не могут определить точные свойства фотонов, пока не посмотрят на них. Прежде чем мы совершим наблюдение за частицей, мы получим только вероятности, описывающие, как может выглядеть частица. Я просто украду аналогию, которую использовал вчера, где фотоны — это шары, а их цвета (красный или зеленый) аналогичны их свойствам.

… Допустим, есть два мешка, и в каждом по одному из двух мячей, красного или зеленого цвета. Вы дарите сумку своему другу. Квантовая механика дает только вероятность того, что в вашем мешке находится шарик любого цвета, и это все, что вы знаете, прежде чем сделать наблюдение. В человеческом масштабе каждый мешок уже содержит красный или зеленый шар.

Но поскольку наши шары — это фотоны, они запутываются:

Квантовая механика говорит, что оба шара одновременно красные и зеленые — пока вы не посмотрите. Это странно само по себе, но становится еще хуже. Если вы посмотрите на свой мяч, другой мяч автоматически приобретет другой цвет.

Китайский спутник использовал лазеры и кристаллы, чтобы наделить световые частицы одним из двух доступных свойств, в данном случае состояниями поляризации, запутать их и разделить на расстоянии от 500 до 1400 километров или от 310 до 870 миль. По сути, они подготовили две сумки с красными/зелеными шарами.

После того, как исследователи запутают эти частицы на расстоянии, они смогут воспользоваться своей связью для отправки секретов между держателями сумок, что, как утверждается, и сделано в их новой статье, размещенной на сервере препринтов физики arXiv.

Итак, вот упрощенная версия квантовой телепортации. Допустим, вы берете красный и зеленый шары, кладете каждый случайным образом в один из двух мешков и передаете один мешок человеку на земле, а другой — человеку на спутнике. Но на земле есть второй мешок, в котором находится еще один зеленый шар, который люди на земле хотят «телепортировать» на спутник, чтобы никто не знал, что он зеленый. Квантовая телепортация говорит, что, когда запутанная связь уже установлена, людям на земле нужно только открыть обе свои сумки, затем позвонить на спутник по телефону и сказать «то же самое» или «другое». Если наземный наблюдатель откроет оба пакета и увидит, что оба шарика зеленые, он может просто сказать спутнику «то же самое». Затем спутник откроет свой запутанный мешок, в котором должен быть красный шар, что означает, что на земле должен быть зеленый шар в запутанном мешке, и , что означает, что секретный шар должен быть зеленым.

Таким образом, состояние секретного шара «телепортировано» на спутник.

Это упрощение, но оно позволяет понять главное, что телепортируется только информация, а не сама частица, и никому не нужно рассказывать, что находится в секретном мешочке. И для этого по-прежнему требуется какая-то неквантовая коммуникация — обмен секретным одноразовым ключом. Ученые и раньше осуществляли такого рода «телепортацию» по оптоволоконным кабелям, но это самое дальнее расстояние, и впервые это было сделано с земли на спутник, а не между местами на Земле.

Мэтью Лейфер, физик из Университета Чепмена, который помог мне с аналогией с мячом, не счел нужным говорить о специфике эксперимента как физик-теоретик, но сказал: «Если ваша цель — создать какую-то сеть квантовой криптографии , то использование для этого [квантового спутника] станет значительным шагом вперед». То есть, если вы хотите отправлять зашифрованные данные по такой спутниковой сети, и если команда говорит, что они сделали правильно, то это будет значительным шагом вперед.

Лейфер отметил, что достоверность — качество принимаемого сигнала — не так высока, как в наземных экспериментах.