От телепортации к квантовому Интернету

Новые эксперименты в Калгари проверили возможность квантовой телепортации в реальности, что стало важным шагом вперед для этой технологии. Квантовая физика – это область науки, которая, кажется, дает ученым сверхспособности. Те, кто понимает мир чрезвычайно маленьких или холодных частиц, могут совершать с ними удивительные подвиги, в том числе телепортацию, которая, кажется, изгибает нашу реальность.
Наука, стоящая за этими открытиями, сложна и до недавнего времени не существовала вне лабораторных условий. Но все меняется: исследователи начали осуществлять квантовую телепортацию в реальных условиях. Возможность сделать это может совершить революцию среди современных телефонов и Интернет-сетей, что приведет к высоконадежному, зашифрованному обмену сообщениями.
В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics и в соавторстве с инженерами Лаборатории реактивного движения NASA, Пасадена, Калифорния, подробно описываются первые эксперименты с квантовой телепортацией в местной оптоволоконной кабельной сети. Впервые это явление наблюдалось на больших расстояниях в реальной городской инфраструктуре. В Канаде исследователи из Университета Калгари телепортировали квантовое состояние фотона на расстояние более 3,7 миль (6 километров) в “темных” (неиспользованных) кабелях под городом Калгари. Это новый рекорд самой длинной дистанции квантовой телепортации в реальной городской сети.
В то время как более длинные расстояния были зарегистрированы в прошлом, они проводились в лабораторных условиях, где фотоны запускались через катушки кабеля, чтобы имитировать потерю сигнала, вызванную большими расстояниями. Эта последняя серия экспериментов в Калгари проверила возможность квантовой телепортации в реальных условиях, что стало большим шагом вперед для этой технологии.
“Демонстрация квантовых эффектов, таких как телепортация за пределы лабораторной среды, сопряжена с целым рядом новых проблем. Этот эксперимент показывает, как все эти проблемы могут быть преодолены, и, следовательно, он является важной вехой на пути к будущему квантовому Интернету”, – сказал Франческо Марсили, один из соавторов JPL. – “Квантовая связь раскрывает некоторые уникальные свойства квантовой механики, например, для обмена информацией с максимальной безопасностью или связывания между собой квантовых компьютеров”.
Фотонные датчики для эксперимента были разработаны Марсили и Мэттом Шоу из Лаборатории микроустройств JPL, а также коллегами из Национального института стандартов и технологий, Боулдер, штат Колорадо. Их опыт был критически важен для экспериментов: квантовые сети созданы с использованием фотонов, и для их определения требуются самые чувствительные датчики в мире, чтобы точно знать, что происходит с частицей.
“Сверхпроводящая детекторная платформа, впервые разработанная исследователями JPL и NIST, позволяет детектировать одиночные фотоны на телекоммуникационных длинах волн с почти идеальной эффективностью и практически без помех. Это было просто невозможно с более ранними типами детекторов, и поэтому такие эксперименты, как наш, с использованием существующей оптоволоконной инфраструктуры, были бы почти невозможны без детекторов JPL”, – сказал доктор Дэниел Облак из Института квантовой науки и техники Университета Калгари.
Сожмите частицу до уровня фотона, и физика начнет играть по странным правилам. Ученые, которые понимают эти правила, могут “запутать” две частицы, чтобы их свойства были связаны. Запутывание – это ошеломляющая концепция, в которой частицы с различными характеристиками или состояниями могут быть связаны вместе в пространстве. Это означает, что все, что влияет на состояние одной частицы, будет влиять на другую, даже если они находятся на расстоянии многих миль друг от друга.
Вот где приходит телепортация. Представьте, что у вас есть две запутанные частицы – давайте назовем их Фотон 1 и Фотон 2 – и Фотон 2 отправляется в отдаленное место. Там он встречается с Фотоном 3, и они взаимодействуют друг с другом. Состояние Фотона 3 может быть передано Фотону 2 и автоматически “телепортировано” к запутанному близнецу, Фотону 1. Этот беспрепятственный перенос происходит несмотря на то, что Фотоны 1 и 3 никогда не взаимодействуют.
Это свойство можно использовать для безопасного обмена секретными данными. Если два человека делят запутанную пару фотонов, квантовая информация может передаваться беспрепятственно, оставляя перехватчику невозможность что-либо перехватить и, таким образом, он не может прочитать секретные данные.
По словам Марсили, эта система высоконадежных коммуникаций тестируется во многих областях, в том числе в финансовых отраслях и агентствах, таких как NASA, которые хотят защитить свои сигналы от космических аппаратов. Сверхпроводящие однофотонные детекторы, разработанные Marsili, Shaw и их коллегами из NIST, являются ключевым инструментом в этом, поскольку отправка фотонов на большие расстояния неизбежно приведет к “потере” сигнала. Даже при использовании лазера в космосе свет рассеивается на расстоянии, ослабляя мощность передаваемого сигнала.
Следующим шагом является создание ретрансляторов, которые помогут в дальнейшем телепортировать состояние предмета.
Изображение с сайта Photowalls.space
Разместить у себя на сайте или блоге:
На любом форуме в своем сообщении: