Kvantna teleportacija: sve što ste željeli znati, ali koji ste se bojali pitati

Dvije zanimljive stvari dogodile su se prošlog mjeseca.događaji iz područja kvantne tehnologije: kineski znanstvenici teleportirali su fotone svjetlosti sa zemaljske stanice do svemirskog satelita, a godišnja konferencija vodećih stručnjaka iz kvantne fizike održana je u Moskvi. Business Insider uspio je uhvatiti dr. Eugena Polzika s Instituta Niels Bohr, jednog od vodećih stručnjaka za kvantnu teleportaciju, i ispitivati ​​ga o raznim pitanjima, uključujući izvanredan uspjeh njegovih kineskih kolega.

"Provedene su ove vrste teleportacija ulaboratorijski su uvjeti od 1997., međutim kineski su znanstvenici uspjeli postići nevjerojatan tehnološki učinak na velikoj udaljenosti ", rekao je Polzik.

U 2012. je tim europskih znanstvenika uspješnoteleportirani fotoni između dva Kanarska ostrva. Udaljenost između odašiljača i prijemnih uređaja bila je 141 kilometara. Kineski istraživači uspjeli su oboriti ovaj rekord u srpnju, kada su uspješno teleportirali fotone na udaljenosti veću od 500 kilometara.

Odavno smo sanjali o sličnoj tehnologijiZvjezdane staze, iako je naša intuicija oduvijek govorila da je teleportacija u principu nemoguća. Međutim, fizika našeg stvarnog svijeta, u kojem svakodnevno živimo, malo je slična fizika kvanta. Ovdje su zakoni padajućeg kamena sa litice i upravljajući elektronima i pojedinačnim fotonima svjetlosti potpuno su različiti od onoga na što smo navikli vidjeti. Stoga je u takvom bizarnom svijetu gotovo sve moguće, uključujući i teleportaciju. Kako to sve shvatiti? Započnite s kvantnim zapletom.

Što je kvantna zapletenost?

Ponekad se ispostave da su dvije kvantne česticeogledalo povezan. Što god se dogodilo s jednom od tih čestica, ista će se stvar dogoditi i drugoj. Čak i ako ih razdvajaju velike udaljenosti. Još uvijek ostaju dva odvojena objekta, ali u svemu su identični. Kad dvije čestice odvoje svoja stanja jedna od druge, onda se takve čestice nazivaju zapetljane.

"Pretpostavimo da sam stvorio nekoliko zapletenih fotona", objašnjava Crawler.

"Jednog ostavljam sa sobom, a drugog šaljem sa sobomkoristeći laser na svemirskom satelitu u orbiti, nadajući se da će foton stići do svog odredišta. Teleportacija se može smatrati uspješnom samo ako je stanje preplitanja dva fotona podijeljeno između odašiljačke i prijemne stanice. "

Glavna tehnička složenost postupkaTeleportacija je prijenos fotona na određenoj udaljenosti od upletene čestice-partnera. U slučaju kineskog eksperimenta, jedan je foton bio u laboratoriji na Zemlji, a drugi je uspješno poslan u orbitirani satelit. Promjene koje su se dogodile s fotonom na Zemlji kao dio manipulacija znanstvenika također su utjecale na foton u svemiru - ovo je čista kvantna teleportacija.

Kako razumjeti je li satelit primio željeni foton, a ne neku slučajnu česticu svjetlosti?

To je relativno jednostavno učiniti zahvaljujućipostupak koji se naziva spektralno filtriranje. Omogućuje znanstvenicima da identificiraju i prate pojedinačne fotone svjetlosti, označavajući ih jedinstvenim identifikacijskim brojem.

"Znaš učestalost fotona koju tipošaljite, znate njegovu orijentaciju. Satelit je usmjeren prema izvoru podrijetla koji se nalazi na Zemlji. Ako imate vrlo dobru optičku opremu s obje strane, onda ova optika vidi samo izvor, i ništa više “, nastavlja Polzik.

Metoda spektralnog filtriranja ravnodušna je na "šum" u obliku drugih fotona. Na primjer, tijekom istog eksperimenta na Kanarskim otocima, prijenos je proveden na vedrom sunčanom nebu.

Milijuni fotona proslijeđeni su na satelit, ali samo 900 stiglo je do odredišta. Zašto?

Što dalje pokušavate poslati zamršenofoton, taj proces postaje manje učinkovit. Štoviše, Zemljina je atmosfera u stalnom kretanju, pa je lako izgubiti fotone na svom putu u svemir.

"Čak i da nije bilo atmosfere, viipak je potrebno usmjeriti snop svjetlosti tako da je usmjeren prema satelitu. Ako sjajite laserskim pokazivačem na dlanu, tada će točka svjetlosti biti mala, ali samo uklonite laser i točka postaje veća - ovo je zakon difrakcije ", kaže Polzik.

Sa zemlje je svjetlost prilično teško probiti se u svemir (u optički prijemnik postavljen na orbiti satelita). Jako je iskrivljen, tako da većina fotona jednostavno nema nigdje.

"Uspješna teleportacija moguća je samo uvrlo kratko vrijeme. U općenitom smislu, to je vrlo nepraktično, ali bez obzira na to, mogu se pronaći načini primjene ove tehnologije ", nastavlja Polzik.

Je li kvantna teleportacija mogućnost trenutnog prijenosa podataka?

Ne baš. Predmeti koji se mogu prenositi ne nestaju, a ponovo se pojavljuju negdje drugdje. Znanstvenici koriste zaplete prilikom prijenosa informacija o kvantnom stanju jednog fotona u drugi. Bez ovih podataka, foton će morati fizički prekriti cijelu udaljenost između odašiljača i prijemnika. I opet, informacije se ne prenose odmah. To je moguće samo kad pošiljatelj mjeri kvantno stanje svog fotona, mijenjajući na taj način stanje fotona na prijemniku. Zbog kvantnog upletanja, jedan foton u osnovi postaje "drugi" foton.

Pa čemu sve ovo?

Kvantna teleportacija može dokazati konceptmogućnosti stvaranja ultra sigurne globalne komunikacijske mreže. Kao ključ za otvaranje zaključavanja, poruka koja se šalje putem kvantne mreže doći će samo do onoga primatelja koji ima pravilno upleteni foton, što će mu omogućiti da primi i pročita ovu poruku.

Albert Einstein jednom je nazvao kvantzapletenost „strašnom akcijom dugog dometa“, ali ova dugoročna akcija je temeljna komponenta zbog koje sve djeluje. I jednog dana može postati pokretač naše sigurne komunikacije u budućnosti.