Китайские ученые первыми осуществили телепортацию состояния фотонов с Земли на спутник

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).

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