технология

Квантова телепортация: всичко, което искахте да знаете, но се страхувахте да попитате

Миналия месец се случиха две интересни неща.събития в областта на квантовите технологии: китайски учени телепортираха фотони светлина от наземна станция до космически спътник, а в Москва се проведе годишната конференция на водещи експерти по квантова физика. Business Insider успя да хване д-р Евгений Полцик от института Niels Bohr, един от водещите експерти в квантовата телепортация, и да го разпита за различни въпроси, включително за изключителния успех на неговите китайски колеги.

„Телепортации от този вид бяха проведени презлабораторни условия от 1997 г. насам обаче китайските учени успяват да постигнат този невероятен технологичен ефект на голямо разстояние “, каза Полцик.

През 2012 г. екип от европейски учени успешнотелепортирани фотони между двата Канарски острова. Между излъчващите и приемащите устройства разстоянието беше 141 километра. Китайските изследователи успяха да счупят този рекорд през юли, когато успешно телепортираха фотони на разстояние повече от 500 километра.

Отдавна мечтаем за подобна технология отStar Trek, въпреки че интуицията ни винаги е казвала, че телепортацията по принцип е невъзможна. Въпреки това, физиката на нашия реален свят, в който живеем ежедневно, е малко подобна на физиката на света на кванти. Тук законите на падащ камък от скала и контролиращи електрони и отделни фотони светлина са напълно различни от това, което сме свикнали да виждаме. Следователно в такъв причудлив свят е възможно почти всичко, включително телепортацията. Как да разбера всичко това? Започнете с квантовото заплитане.

Какво е квантово заплитане?

Понякога се оказват две квантови частициогледало-свързани. Каквото и да се случи с една от тези частици, същото ще се случи и с другата. Дори да са разделени от големи разстояния. Те все още остават два отделни обекта, но те са идентични във всичко. Когато две частици отделят състоянията си едно от друго, тогава такива частици се наричат ​​заплетени.

„Да предположим, че съм създал няколко сплетени фотона“, обяснява Кроулър.

„Оставям едното с мен, а другото изпращамизползвайки лазер на космически спътник в орбита, надявайки се, че фотонът ще достигне своето местоназначение. Телепортацията може да се счита за успешна само когато състоянието на заплитане на два фотона е разделено между предаващата и приемащата станции. “

Основната техническа сложност на процесаТелепортацията е прехвърляне на фотон на известно разстояние от заплетена частица-партньор. В случая с китайския експеримент, един фотон е бил в лаборатория на Земята, а вторият е изпратен успешно в орбитален спътник. Промените, които са настъпили с фотона на Земята като част от манипулациите на учени, са засегнали и фотона в космоса - това е квантовата телепортация в най-чистия му вид.

Как да разбера дали сателитът е получил желания фотон, а не някаква случайна частица светлина?

Това е сравнително лесно да се направи благодарение напроцес, наречен спектрално филтриране. Тя позволява на учените да идентифицират и проследяват отделни фотони светлина, като ги маркират с уникален идентификационен номер.

- Знаеш честотата на фотона, която тиизпратете, знаете ориентацията му. Сателитът е насочен към източник на произход, разположен на Земята. Ако имате много добро оптично оборудване и от двете страни, тогава тази оптика вижда само източника и нищо повече “, продължава Polzik.

Методът на спектрално филтриране е безразличен към „шума” под формата на други фотони. Например, по време на същия експеримент на Канарските острови, предаването се извършва при ясно слънчево небе.

Милиони фотони бяха предадени към спътника, но само 900 стигнаха до местоназначението. Защо?

Колкото по-нататък се опитате да изпратите заплетенифотон, толкова по-малко ефективен става този процес. Освен това атмосферата на Земята е в постоянно движение, така че загубата на фотони по пътя им в космическото пространство е лесна.

„Дори да нямаше атмосфера, тивсе още е необходимо да се фокусира лъчът светлина, така че да е насочен към спътника. Ако осветете лазерен показалец на дланта, тогава светлинната точка ще бъде малка, но просто отстранете лазера и точката става по-голяма - това е законът на дифракцията “, казва Ползик.

От земята е доста трудно светлината да пробие в космоса (до оптичен приемник, монтиран на орбитален спътник). Той е силно изкривен, така че повечето фотони просто не отиват никъде.

„Успешното телепортиране е възможно само вмного кратко време. В общ смисъл това е много непрактично, но въпреки това могат да се намерят начини за прилагане на тази технология “, продължава Полжик.

Дали квантовата телепортация е възможност за незабавен трансфер на данни?

Всъщност не. Телепортируемите обекти не изчезват и след това се появяват някъде другаде. Учените използват заплитане, за да предават информация за квантовото състояние на един фотон на друг. Без тази информация фотонът ще трябва физически да покрие цялото разстояние между предавателя и приемника. И отново информацията не се предава мигновено. Това е възможно само когато подателят измерва квантовото състояние на своя фотон, като по този начин променя състоянието на фотона в приемника. Поради квантовото заплитане, по същество един фотон "се превръща" в друг фотон.

И така, за какво е всичко това?

Квантовата телепортация може да докаже концепциятавъзможностите за създаване на ултра сигурна глобална комуникационна мрежа. Като ключ за отваряне на заключване, съобщение, предавано по квантова мрежа, ще достигне само до адресата, който има правилно оплетен фотон, което ще му позволи да получи и прочете това съобщение.

Някога Алберт Айнщайн нарича квантовозаплитане от „ужасно далечно действие“, но това далечно действие е основен компонент, поради който всичко работи. И един ден той може да стане двигателят на нашата безопасна комуникация в бъдеще.