Новости
Физики установили новый рекорд дальности квантовой телепортации, передав квантовое состояние фотона на расстояние более 100 км
24

Физики установили новый рекорд дальности квантовой телепортации, передав квантовое состояние фотона на расстояние более 100 км

Vacuum fluctuation

На днях группа американских и японских исследователей сообщили о прорыве в области квантовой телепортации.

Им удалось осуществить телепортацию/передачу квантовых битов информации по оптоволоконному кабелю на расстояние 102 км, установив тем самым новый мировой рекорд дальности квантовой телепортации. Это вчетверо больше предыдущего рекорда, установленного ровно год назад и равного 25 км. Подробности научного эксперимента изложены в недавней статье в журнале Optica.

Это весьма хитроумный эксперимент с бесценным опытом и знаниями, которые в дальнейшем будут использоваться при проектировании коммерческих устройств. Возможно, докопаться до истины позволит интервью Mashable с научным сотрудником Национального института стандартов и технологий США (NIST) Мартином Стивенсом, которому посчастливилось работать вместе с приезжим японским ученым и автором исследования Хироки Такесу.

Волоконно-оптические линии передачи все чаще используются как основная технология для обеспечения широкополосного интернет-доступа, но у них есть один большой недостаток: импульсы света, используемые для передачи информации, затухают с увеличением расстояния. Для обхода этого ограничения в волоконно-оптических сетях используются импульсные ускорители и оптические ретрансляторы/повторители.

«В нормальной волоконно-оптической сети осуществляется передача миллионов или миллиардов фотонов – классический импульс света», – объясняет Стивенс.

В существующих волоконно-оптических сетях, как рассказывает Стивенс источнику, на старте имеется миллиард фотонов, а к финишу приходит в лучшем случае миллион. Повторители усиливают световые импульсы, добавляя по пути фотоны-двойники.

Квантовая физика начинает работать на уровне отдельных фотонов, мельчайших частиц света, которые не могут быть разделены. При этом фотон может иметь одно из двух состояний поляризации. Если взять обычную механику, физическое состояние любого объекта известно заранее. Наблюдатель имеет представление о его массе, весе и потенциале по мере его движения. Возьмем для примера бильярдный шар на бильярдном столе; зная основы физики, можно с высокой точностью рассчитать траекторию движения шаров после нанесения определенного удара кием по битку. Между тем, в квантовой физике частицы вроде фотонов могут одновременно пребывать в двух состояниях, что делает их непредсказуемыми. Это явление называется суперпозицией.

В ходе эксперимента Такесу и Стивенс телепортировали фотон в состоянии суперпозиции. По правде говоря, на самом деле для достижения нужного результата они использовали три фотона: отправляющийся фотон, фотон-помощник и прибывающий фотон. Последние два фотона находились в запутанном состоянии. Это значит, что они взаимосвязаны; узнав состояние одного, раскроется состояние другого, поскольку оно будет такое же.

Эксперимент Такесу приносит первый фотон в жертву, чтобы фотон-помощник мог узнать его состояние и передать его конечному фотону, с которым он запутан.

Это практически идеальная схема шифрования, поскольку никто не знает исходного состояния фотона, но при этом достоверно известно, что прибывающий фотон находится в таком же состоянии. Собственно, ключ известен только на фотонном уровне. Ложкой дегтя здесь является упомянутое в самом начале узкое место систем передачи данных при помощи света.

«Квантовая механика не позволяет клонировать или копировать произвольное квантовое состояние», — отмечает Стивенс.

Это обусловлено тем, что состояние каждого фотона должно не меняться, а копия не гарантирует сохранение исходного состояния. В сущности, передаваемые фотоны должны сохранять исходное состояние. Возможно, уловить суть будет легче, если сравнить фотоны с уникальными снежинками, а не скучными импульсами света.

Возможность передавать или телепортировать (как кому больше нравится) на расстояние 100 км это огромное достижение, поскольку делает квантовую криптографию на один шаг ближе к реальности.

Есть один большой нюанс. Эксперимент NIST не дает практический «рецепт» приготовления квантовых ключей. По словам Стивенса, наилучшим вариантом здесь может оказаться симметричная конфигурация, в которой запутанные пары фотонов создаются посередине пути между исходным фотоном и конечным получателем.

Ну и чтобы полностью прояснить ситуацию (или запутать?) NIST приводит иллюстрацию. У кого не должно возникнуть никаких трудностей с данной иллюстрацией, так это у дипломированных физиков.

nist_quantum_teleportation_infographic_fullsize

 

Источник: Mashable


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: