Kvanttiteleportaatiokokeet suoritettu onnistuneesti Kiinassa ja Kanadassa

© СС0

Kiinassa ja Kanadassa on suoritettu onnistuneesti kokeita kvanttiteleportaation suorittamiseksi yli kahdeksan kilometrin etäisyydeltä. Nämä kokeet kaupungin olosuhteissa suorittivat itsenäisesti kahden maan tutkijat.

South China Morning Postin mukaan tällaisia ​​kokeita tehtiin aiemmin vain laboratoriossa. Kvanttiteleportaatio on aineen kvanttitilan siirtämistä etäisyyden yli, joka aine tuhoutuu lähetyspisteessä ja luodaan sitten uudelleen vastaanottopisteessä ilman itse hiukkasen suoraa siirtoa.

Ryhmä Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston tutkijoita on teleportoinut fotoneja 12,5 kilometrin etäisyydelle Hefein kaupungissa (Itä-Kiinan Anhuin maakunta). Tätä varten käytettiin perinteisiä valokuituverkkoja.

Kanadalaiset tutkijat suorittivat samanlaisen kokeen Calgaryn kaupungissa (Albertan lounaisprovinssi) 8,2 km:n etäisyydellä.

Molempien maiden asiantuntijat käyttivät erilaisia ​​lähestymistapoja. Kiinalaiset teleportoivat kanavansa kautta vain kaksi fotonia tunnissa, mutta suuremmalla luotettavuudella. Kanadalaiset sen sijaan pystyivät lähettämään jopa 17 hiukkasta minuutissa, mutta heidän tekniikkansa on vähemmän tarkka ja sillä on useita rajoituksia käytännön käytölle.

Viime vuonna amerikkalaiset tutkijat onnistuivat lähettämään fotonin yli 100 kilometrin etäisyydelle, mutta vain laboratorion sisällä - valokuitukaapelin kautta, joka oli kierretty sinne vuorotellen, raportoi.

Lukuisat viime vuosien menestysfilmit, joista suurin osa on sarjakuvien muunnelmia, ovat juurruttaneet supersankarin kuvan tiukasti nykyihmisen tietoisuuteen. Supersankari on useimmiten tavallisen näköinen ihminen, jolla on yliluonnollisia voimia ja joka on sen vuoksi usein pakotettu viettämään salaperäistä elämäntapaa. Nämä elokuvat ovat niin suosittuja, värikkäitä ja lukuisia, että joillekin ihmisille "supersankarin" käsitteestä tulee arkipäivää. Ajatus tällaisten sankareiden todellisuudesta vierailee ihmisten luona yhä useammin - siksi sellaiset juonet kuin teleportaatio Kiinassa ilmestyvät ja ovat erittäin suosittuja.

Superman tiellä

Syksyllä 2012 yksi World Wide Webin suurimmista hiteistä oli video, jonka väitettiin tallentaneen paitsi ihmisen teleportaation, myös erittäin dramaattisen kahden ihmisen teleportaation kerralla. YouTube-videopalveluun julkaistu video on kestoltaan noin minuutin ja se näyttää katuvalvontakamerasta ammutukselta. Tapahtuma-aika on vasemman yläkulman ajoituksen perusteella hieman yli puolenyön 9.5.2012. Tapahtumapaikka on yksi Kiinan kaupunkien tai esikaupunkien risteyksistä. Päänäyttelijöitä on kolme. Ensimmäinen on kuorma-auton kuljettaja valkoisella pakettiautolla, toinen on pyöräilijä. Kolmas on salaperäinen muukalainen, jonka kasvot eivät näy leveän hupun takia. Fyysisesti tämä selvästi nuori mies voi olla sekä poika että tyttö.

Videon tapahtumat etenevät seuraavasti. Useiden ohi kulkevien autojen jälkeen taustalle ilmestyy kuorma-auto, joka kiihtyy vähitellen. Kun hän lähestyy, pyöräilijä tulee esiin pimennetyltä alueelta vasemmalle sivutietä pitkin. Kuorma-auton ja pyöräilijän liikeradat ja nopeudet ovat sellaiset, että törmäys näyttää väistämättömältä ja seuraukset kevyemmän ajoneuvon kuljettajalle ovat kohtalokkaat. Mutta tässä näytön oikealla tummennetulla alueella on liikettä: nopea, epäselvä siluetti lähestyy kohtaavaa törmäyspaikkaa. Viime hetkellä siluetti hahmottuu selvemmin ja katsoja näkee miehen, joka tarttuu pyöräilijään melkein auton pyörien alle. Sen jälkeen muukalainen, pyöräilijä ja pyörä kirjaimellisesti katoavat, ja kuorma-auto alkaa jarruttaa. Auto ei ole vielä täysin pysähtynyt, kun näytön oikeaan reunaan, juuri valaistulle tienosalle, ilmestyy kahden ihmisen ja polkupyörän ryhmä. Muukalainen vapauttaa pelastetun, kun hänen kätensä hehkuvat kirkkaasti. Hän heittää hupun päänsä päälle ja kiiruhtaa pois tieltä. Tällä hetkellä näkyvästi järkyttynyt pyöräilijä istuu voimattomina reunakiveykselle, häntä kohti lähtee ulos tullut rekkakuski, joka ei löydä mitään tieltä.

On helppo pettää niitä, jotka iloitsevat tullessaan petetyksi

Ihmisten teleportaatio Kiinassa, erityisesti tallennettuna videolle ja lisäksi sellaisissa elokuvallisissa olosuhteissa, tuli hyvin nopeasti tunnetuksi ja sai miljoonia katselukertoja videon isännöinnissä. Heti alkoi vilkas keskustelu siitä, oliko video totta vai oliko se visuaalisten tehosteasiantuntijoiden pilaa. On kummallista, että kuvauksissa havaitun teleportaation todellisuuden kannattajia oli melko paljon. Jopa omituiset "fanfictions" syntyivät heti - juoneja alettiin keksiä supersankaritytön tarinan luomiseksi (naishahmo vaikutti yleisön enemmistölle kiehtovammalta ja vaikuttavammalta), paljastaa syyt, jotka saivat hänet piilottamaan supervoimansa ja vastaavaa.

Mutta skeptisiä arvostelijoita oli paljon, ja he kirjaimellisesti hajotivat videon kirjaimellisesti luiden mukaan. Paljon rationaalisia argumentteja esitettiin sen puolesta, että juoni on lavastettu, siinä on selviä jälkiä ohjelmiston käytöstä videomateriaalin muuntamiseen ja siinä on myös ilmeisiä loogisia puutteita. Ensinnäkin itse mahdollisesti kuolemaan johtavan onnettomuuden sattuminen varoitti: tavanomaisesta poiketen kuorma-auto ei risteystä lähestyessään hidastanut vauhtia, vaan nosti nopeutta, ikään kuin luoden olosuhteet dramaattiselle kohtaukselle. Myös pyöräilijän epäilys on epäilyttävä: hän ajoi yllättävän rauhallisesti aivan pyörien alla, nopeutta vaihtamatta ja päätäänkään kääntämättä ylittäessään päätien, jossa hänen on väistettävä liikenneen etusijaa. Kuorma-auton kuljettajan kanssa kaikki ei ole kunnossa - kuvamateriaalista näkyy selvästi, että ohjaamosta noussut henkilö on pukeutunut kirkkaan valkoiseen T-paitaan tai -paitaan. Mutta melko hyvin valaistussa ohjaamossa jarrutuksen aikana ei vain näy mitään kirkasta, kuljettajaa ei ole ollenkaan.

Mitä tulee salaperäiseen henkilöön, jolla on kyky teleportoida itseään ja teleportata muita, hän ei myöskään ole niin "puhdas". Ensinnäkin sen "energiajäljessä" on selviä jälkiä videon editoinnista erittäin nopean matkan aikana. Hänen siluettinsa pyöräilijää tarttumishetkellä on hyvin selkeä, kun taas hänen liikkeensä hämärtynyt siluetti on edelleen säilynyt. Toiseksi, teleportaation päätepisteen valinta näyttää erittäin oudolta. Geometrian, fysiikan ja vain logiikan lait sanovat, että helpoin ja luonnollisin asia olisi siirtää pelastettu pyöräilijä vieraan suuntaan - eli näytön vasemmalle puolelle, pois tieltä. Mutta teleportaatio tapahtuu käänteisellä vektorilla, oikealla - käy ilmi, että muukalainen teki eräänlaisen silmukan teleportaation aikana, jolle ei ole selitystä. Toiseksi, epämääräinen epäilys hiipii, että kahden teleportaavan ihmisen ja polkupyörän ilmestyminen tien oikealle puolelle selittyy niin sanotusti näyttämöllä. Juuri tämä osa on valaistuin koko kohtauksessa, joten se sopii parhaiten saavuttaaksesi suurimman draaman, havainnoida pelastetun shokkitilaa, pelastajan valoisia käsiä ja hänen poistumistaan ​​pimeyteen. Kaikkien näiden havaintojen ja päättelyjen kokonaisuus johtaa siihen johtopäätökseen, että tämä teleportaatio on melko luovaa, mutta silti huijausta.

Aleksanteri Babitsky

Viime vuonna Long March 2D -raketti nousi Gobin autiomaasta ja sijoitti Mo Tzu -satelliitin kiertoradalle synkronisesti Auringon kanssa, joten se kiertää Maan joka päivä. Mo Tzu on erittäin herkkä satelliitti, joka on suunniteltu lähettämään kvanttitietoa. Se voi havaita planeettamme pinnalta vapautuneiden yksittäisten fotonien kvanttitilat.

Tänään Mo Tzu -tiimi ilmoitti ainutlaatuisesta saavutuksestaan: he ovat onnistuneet luomaan ensimmäisen maasta maahan -satelliitin kvanttiverkon. Tätä verkkoa käytettiin historian ensimmäisen kohteen teleportoimiseen Maasta sen kiertoradalle. Teleportaatiota suorittavat tutkijat, jotka ovat tehneet kokeita optisen fysiikan alalla. Tämä prosessi perustuu omituiseen takertumisilmiöön, jonka aikana kaksi fotonia muodostavat yhden pisteen ajassa ja avaruudessa. Teknisestä näkökulmasta ne kuvataan yhdellä aaltofunktiolla.

Kvanttikietoutumisen ominaisuus on, että nämä kaksi fotonia ovat samassa pisteessä, vaikka niiden välillä on kilometrejä. Siten yhden tilan muutos vaikuttaa välittömästi toisen tilaan. Viime vuosisadan 90-luvulla tiedemiehet ymmärsivät, että he voivat käyttää tätä ilmiötä esineiden teleportointiin universumin pisteestä toiseen.

Ajatuksena on ">">

Ajatuksena on "ladata" tietoa yhteen fotoniin, jolloin toisesta tulee identtinen ensimmäisen kanssa. Tämä on teleportaatiota

">

Tällaisia ​​kokeita on tehty monta kertaa laboratorio-olosuhteissa maan päällä, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun niitä on testattu tähtienvälisessä avaruudessa. Teleportaatiolla on suuri merkitys monille kvanttiverkkoihin ja tietojenkäsittelyyn liittyville teknologioille.

Itse asiassa fotonien teleportaation enimmäisetäisyyttä ei ole, mutta niiden välille muodostuva yhteys on liian hauras ja voi tuhoutua ilmakehään tai optiseen kuituun ilmaantuneen vieraan aineen vuoksi. Vahvistaakseen teoriansa tutkijat suorittivat kokeita koko ajan suuremmalla etäisyydellä, ja nyt he menivät kiertoradalle. Totta, tätä varten oli tarpeen rakentaa asema Tiibetiin 4 tuhannen metrin korkeuteen.

Osana koetta luotiin kietoutuneita fotonipareja, jotka laukaistiin nopeudella 4000 m/s

Hän suoritti satelliittikokeen kvanttitilojen siirrosta kietoutuneiden fotoniparien välillä (niin sanottu kvanttiteleportaatio) yli 1200 km:n ennätysetäisyydellä.

Ilmiö (tai takertuminen) syntyy, kun kahden tai useamman hiukkasen tilat ovat toisistaan ​​riippuvaisia ​​(korreloituneita), jotka voidaan erottaa mielivaltaisen pitkiä matkoja, mutta samalla ne jatkavat "tuntemista". Yhden hiukkasen parametrin mittaus johtaa toisen kietoutuvan tilan välittömään tuhoutumiseen, mitä on vaikea kuvitella ymmärtämättä kvanttimekaniikan periaatteita, varsinkin kun hiukkaset (se oli erityisesti esitetty kokeissa ns. Bell-epätasa-arvojen rikkomiseksi) ei ole piilotettuja parametreja, jotka tallentaisivat tietoa ”kumppanin” tilasta, ja samalla hetkellinen tilanmuutos ei johda kausaalisuusperiaatteen rikkomiseen. eikä salli hyödyllisen tiedon välittämistä tällä tavalla.

Todellisen tiedon välittämiseksi tarvitaan lisäksi hiukkasten osallistuminen nopeudella, joka ei ylitä valon nopeutta. Kietoutuneina hiukkasina voivat toimia esimerkiksi fotonit, joilla on yhteinen progenitori, ja esimerkiksi niiden spiniä käytetään riippuvaisena parametrina.

Kietoutuneiden hiukkasten tilojen siirtyminen yhä pitemmille etäisyyksille ja äärimmäisissä olosuhteissa kiinnostaa paitsi perusfysiikkaan osallistuvia tutkijoita, myös turvallista viestintää suunnittelevia insinöörejä. Hiukkasten sotkeutumisilmiön uskotaan tulevaisuudessa tarjoavan meille periaatteessa hakkeroimattomia viestintäkanavia. "Suojaus" on tässä tapauksessa väistämätön ilmoitus keskustelun osallistujille, että joku muu on häirinnyt heidän yhteyttään.

Todisteena tästä ovat fysiikan rikkomattomat lait - aaltofunktion peruuttamaton romahtaminen.

Laitteiden prototyyppejä tällaisen turvallisen kvanttiviestinnän toteuttamiseen on jo luotu, mutta on myös ideoita vaarantaa kaikkien näiden "täysin turvallisten kanavien" toiminta esimerkiksi palautuvilla heikkoilla kvanttimittauksilla, joten on edelleen epäselvää, tuleeko kvanttisalauksesta voi päästä pois prototyyppitestausvaiheesta, ei siitä, onko kaikki kehitys tuomittu etukäteen ja sovellu käytännön sovelluksiin.

Toinen asia: sotkeutuneiden tilojen siirto on toistaiseksi tapahtunut vain enintään 100 km:n etäisyyksillä valokuidussa tai ilmassa tapahtuvien fotonihäviöiden vuoksi, koska todennäköisyys, että ainakin osa fotoneista saavuttaa ilmaisimen, on häviävä. pieni. Ajoittain tulee uutisia toisesta saavutuksesta tällä tiellä, mutta koko maapalloa ei ole vielä mahdollista kattaa sellaisella yhteydellä.

Joten aiemmin tässä kuussa kanadalaiset fyysikot ilmoittivat onnistuneista yrityksistä kommunikoida suojatun kvanttikanavan kautta lentokoneen kanssa, mutta se oli vain 3-10 km päässä lähettimestä.

Ns. kvanttitoistinprotokolla on tunnustettu yhdeksi tavoista parantaa radikaalisti signaalin etenemistä, mutta sen käytännön arvo on edelleen kyseenalainen, koska on tarpeen ratkaista useita monimutkaisia ​​teknisiä kysymyksiä.

Toinen lähestymistapa on käyttää nimenomaan satelliittiteknologiaa, koska satelliitti voi pysyä näköetäisyydellä samaan aikaan eri hyvin kaukaisiin paikkoihin maapallolla. Tämän lähestymistavan tärkein etu voi olla, että suurin osa fotonireitistä on lähes tyhjiössä, jossa absorptio on lähes nolla ja dekoherenssi eliminoituu (koherenssirikkomus hiukkasten ja ympäristön vuorovaikutuksesta johtuen).

Osoittaakseen satelliittikokeiden toteutettavuuden kiinalaiset asiantuntijat suorittivat alustavia maapohjaisia ​​testejä, jotka osoittivat takertuneiden fotoniparien onnistuneen kaksisuuntaisen etenemisen avoimessa ympäristössä 600 metrin, 13 km:n ja 102 km:n etäisyyksillä tehokkaalla kanavahäviöllä 80 dB. Kokeita tehtiin myös kvanttitilojen siirrosta liikkuvilla alustoilla suurten häviöiden ja turbulenssin olosuhteissa.

Yksityiskohtaisten toteutettavuustutkimusten, joihin osallistuivat itävaltalaiset tutkijat, jälkeen kehitettiin 100 miljoonan dollarin satelliitti, joka laukaistiin 16. elokuuta 2016 Jiuquanin kosmodromista Gobin autiomaassa Long March 2D -kantoraketilla 500 km:n korkeudelle.

Satelliitti sai nimen "Mo-tzu" muinaisen kiinalaisen filosofin, 5. vuosisadalla eKr., Moismin (yleisen rakkauden ja valtion seurausopin) perustajan kunniaksi. Mohismi kilpaili Kiinassa useiden vuosisatojen ajan menestyksekkäästi konfutselaisuuden kanssa, kunnes viimeksi mainittu hyväksyttiin valtion ideologiaksi.

Mozi-tehtävää tukee kolme maa-asemaa: Delinghessä (Qinghain maakunta), Nanshanissa Urumqissa (Xinjiang) ja GaoMeiGu-observatoriolla (GMG) Lijiangissa (Yunnanin maakunta). Delinghen ja Lijiangin välinen etäisyys on 1203 km. Etäisyys kiertävän satelliitin ja näiden maa-asemien välillä vaihtelee 500-2000 km:n välillä.

Koska kietoutuneita fotoneja ei voida yksinkertaisesti "vahvistaa" kuten klassisia signaaleja, jouduttiin kehittämään uusia menetelmiä vähentämään maan ja satelliittien välisten lähetyskanavien vaimentamista. Vaaditun kytkentätehokkuuden saavuttamiseksi oli välttämätöntä saavuttaa samanaikaisesti pienin säteen hajaantuminen ja nopea ja erittäin tarkka osoitus ilmaisimiin.

Kehitettyään ultrakirkkaan kosmisen lähteen kahden fotonin kietoutumiselle ja korkean tarkkuuden APT-teknologialle (acquiring, pointing and tracking) ryhmä loi "kvanttikytkennän" fotoniparien välille, joita erottaa 1203 km, ja tutkijat suorittivat niin. kutsutaan Bell-testiksi paikallisuuden rikkomusten tarkistamiseksi (kyky vaikuttaa välittömästi kaukohiukkasten tilaan) ja saatiin tulos, jonka tilastollinen merkitsevyys on neljä sigmaa (keskihajontoja).

Kaavio satelliitin fotonilähteestä. KTiOPO4 (PPKTP) -kiteen paksuus on 15 mm. Pari akselin ulkopuolista koveraa peiliä fokusoi pumppulaserin (PL) PPKTP-kiteen keskelle. Sagnac-interferometrin ulostulossa käytetään kahta dikromaattista peiliä (DM) ja suodattimia signaalifotonien erottamiseen pumppulaserista. Kahta maasta kauko-ohjattavaa lisäpeiliä (PI) käytetään säteen suunnan hienosäätämiseen optimaalisen säteen keräystehokkuuden saavuttamiseksi. QWP - neljännesaallon vaihejakso; HWP - puoliaaltovaiheosa; PBS - polarisoiva säteen jakaja.

Verrattuna aikaisempiin menetelmiin, joissa käytettiin yleisintä kaupallista tietoliikennekuitua, satelliittiyhteyden tehokkuus oli monta suuruusluokkaa suurempi, mikä tutkimuksen tekijöiden mukaan avaa tien käytännön sovelluksille, joita ei aiemmin ollut maan päällä.