В ходе экспериментов физикам удалось «запутать» и телепортировать свыше 900 фотонов.
Шанхайские физики заявили об успешном проведении первой «космической» квантовой телепортации, переправив информацию о состоянии частицы с квантового спутника «Мо-цзы» (на фото он — перед запуском на орбиту) на станцию слежения на Земле. Об этом говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнелльского университета.
«Мы заявляем о первой квантовой телепортации одиночных фотонов с обсерватории на Земли на спутник на околоземной орбите, удаленный от нее на 1400 километров. Успешная реализация этой задачи открывает дорогу к сверхдальней телепортации и является первым шагом на пути к созданию квантового интернета», — пишут Цзянь-Вэй Пань из университета Шанхая и его коллеги.
Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной «прослушки» из-за того, что законы квантовой механики запрещают «клонирование» состояния частиц света.
За последние годы ученые из России и других стран создали десятки систем квантовой связи, узлы которых могут обмениваться данными на достаточно больших расстояниях, составляющих около 200-300 километров. Все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, как свет угасает при движении через оптоволокно.
По этой причине многие команды ученых задумались о переводе систем квантовой связи на «космический» уровень, обмениваясь информацией через спутник, позволяющий восстанавливать или усиливать «незримую связь» между запутанными фотонами. Первый космический аппарат такого рода уже присутствует на орбите – им является китайский спутник «Мо-цзы», выведенный в космос в августе 2016 года.
На этой неделе Пань и его коллеги подробно рассказали о первых успешных экспериментах по квантовой телепортации, проведенных на борту «Мо-цзы» и на станции связи в городке Нгари (Тибет, Китай), построенной на высоте 4 км над уровнем моря для обмена информацией с первым квантовым спутником.
Квантовая телепортация была впервые описана на теоретическом уровне в 1993 году группой физиков под руководством Чарльза Бенетта. По их идее, атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии в том случае, если они были «запутаны» на квантовом уровне.
Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого мы не можем прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую «телепортацию» нельзя использовать для передачи данных на астрономические расстояния. Несмотря на такое ограничение, квантовая телепортация чрезвычайно интересна физикам и инженерам по той причине, что ее можно использовать для передачи данных в квантовых компьютерах и для шифрации данных.
Руководствуясь этой идеей, ученые запутали две пары фотонов в лаборатории в Нгари, и передали одну из четырех «спутанных» частиц на борт «Мо-цзы» при помощи лазера. Спутник одновременно измерил состояние и этой частицы, и другого фотона, который в этот момент был на его борту, в результате чего информация о свойствах второй частицы мгновенно «телепортировалась» на Землю, поменяв то, как вел себя «наземный» фотон, спутанный с первой частицей.
В общей сложности, как рассказывают китайские физики, им удалось «запутать» и телепортировать свыше 900 фотонов, что подтвердило корректность работы «Мо-Цзы» и доказало, что двусторонняя «орбитальная» квантовая телепортация в принципе возможна.
Подобным образом, как отмечают ученые, можно передавать не только фотоны, но и кубиты, ячейки памяти квантового компьютера, и другие объекты квантового мира.