Experimentos de teletransporte quântico concluídos com sucesso na China e no Canadá

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Na China e no Canadá, experimentos foram realizados com sucesso para conduzir o teletransporte quântico a uma distância de mais de oito quilômetros. Esses experimentos nas condições da cidade foram realizados de forma independente por cientistas dos dois países.

De acordo com o South China Morning Post, anteriormente tais experimentos eram realizados apenas em laboratório. O teletransporte quântico é a transmissão à distância de um estado quântico da matéria, que é destruído no ponto de envio e depois recriado no ponto de recepção sem uma transferência direta da própria partícula.

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China teletransportou fótons a uma distância de 12,5 km na cidade de Hefei (província de Anhui, leste da China). Para isso, foram utilizadas redes convencionais de fibra óptica.

Cientistas canadenses realizaram um experimento semelhante na cidade de Calgary (província de Alberta), a uma distância de 8,2 km.

Os especialistas dos dois países usaram abordagens diferentes. Os chineses, por meio de seu canal, teletransportavam apenas dois fótons por hora, mas com maior confiabilidade. Os canadenses, por outro lado, conseguiram transmitir até 17 partículas por minuto, mas sua tecnologia é menos precisa e tem uma série de limitações para uso prático.

No ano passado, cientistas americanos conseguiram enviar um fóton a uma distância de mais de 100 km, mas apenas dentro do laboratório - através de um cabo de fibra óptica enrolado em voltas, relata

Numerosos sucessos de bilheteria dos últimos anos, a maioria dos quais são adaptações de quadrinhos, plantaram firmemente a imagem de um super-herói na consciência do homem moderno. Um super-herói é na maioria das vezes uma pessoa de aparência comum que tem poderes sobrenaturais e muitas vezes é forçado a levar um estilo de vida secreto por causa disso. Esses filmes são tão populares, coloridos e numerosos que para algumas pessoas o conceito de "super-herói" se torna comum. A ideia da realidade de tais heróis visita as pessoas com cada vez mais frequência - portanto, tramas como o teletransporte na China aparecem e são muito populares.

Super-homem na estrada

No outono de 2012, um dos principais sucessos na World Wide Web foi um vídeo que supostamente gravou não apenas um teletransporte humano, mas um teletransporte muito dramático de duas pessoas ao mesmo tempo. O vídeo postado na hospedagem de vídeos do YouTube tem uma duração de cerca de um minuto e parece filmar de uma câmera de vigilância de rua. A hora dos eventos, a julgar pelo tempo no canto superior esquerdo, é logo após a meia-noite de 9 de maio de 2012. O local dos eventos é um dos cruzamentos urbanos ou suburbanos da China. Existem três personagens principais. O primeiro é um motorista de caminhão com uma van branca, o segundo é um ciclista. O terceiro é um estranho misterioso, cujo rosto não é visível por causa do capuz largo. Em termos de físico, esse homem claramente jovem pode ser tanto um menino quanto uma menina.

Os eventos no vídeo se desenrolam da seguinte forma. Depois de vários carros passando, um caminhão aparece ao fundo, ganhando velocidade aos poucos. Ao se aproximar, um ciclista emerge de uma área escura à esquerda ao longo de uma estrada lateral. As trajetórias e velocidades do caminhão e do ciclista são tais que uma colisão parece inevitável, e as consequências para o motorista de um veículo mais leve prometem ser fatais. Mas aqui na área escurecida direita da tela há algum movimento: uma silhueta rápida e borrada se aproxima do local da colisão iminente. No último momento, a silhueta é delineada com mais clareza e o espectador vê um homem que agarra um ciclista quase sob as rodas do carro. Depois disso, o estranho, o ciclista e a bicicleta desaparecem literalmente, e o caminhão começa a frear. O carro ainda não parou completamente quando, do lado direito da tela, bem na parte iluminada da estrada, aparece um grupo de duas pessoas e uma bicicleta. O estranho libera o resgatado, enquanto suas mãos brilham intensamente. Ele joga um capuz sobre a cabeça e sai correndo. Neste momento, um ciclista visivelmente abalado senta-se no meio-fio sem forças, um caminhoneiro que saiu e não encontra nada na estrada está indo em sua direção.

É fácil enganar aqueles que se contentam em ser enganados

O teletransporte humano na China, especialmente gravado em vídeo e, além disso, em tais circunstâncias cinematográficas, rapidamente se tornou conhecido e ganhou milhões de visualizações em hospedagem de vídeo. As discussões animadas começaram imediatamente sobre se o vídeo era real ou se era uma brincadeira de alguns especialistas em efeitos visuais. É curioso que houvesse muitos adeptos da realidade do teletransporte observado no set. Até mesmo “fanfictions” peculiares surgiram imediatamente - enredos começaram a ser inventados para criar a história de uma garota super-heroína (a personagem feminina parecia mais intrigante e impressionante para a maioria do público), para revelar os motivos que a levaram a esconder seus superpoderes e semelhante.

Mas houve muitos críticos céticos, e eles literalmente decompuseram o vídeo literalmente por ossos. Muitos argumentos racionais foram feitos em favor do fato de que o enredo é encenado, tem traços óbvios do uso de software para converter material de vídeo e também tem falhas lógicas óbvias. Em primeiro lugar, a própria ocorrência de um acidente potencialmente mortal alertou: contrariamente ao costume, o caminhão, ao se aproximar do cruzamento, não diminuiu a velocidade, mas ganhou velocidade, como se criasse condições para uma cena dramática. A suspeita do ciclista também é suspeita: ele andou surpreendentemente tranquilo bem embaixo das rodas, sem mudar de velocidade e sem sequer virar a cabeça ao atravessar a via principal, onde deve dar preferência ao trânsito. Nem tudo está em ordem com o motorista do caminhão - a filmagem mostra claramente que a pessoa que saiu do táxi está vestida com uma camiseta ou camisa branca brilhante. Mas em uma cabine bastante bem iluminada durante a frenagem, não apenas nada é visível, como também não há motorista.

Quanto à pessoa misteriosa com a capacidade de se teletransportar e teletransportar os outros, ele também não é tão "limpo". Primeiro, há traços óbvios de edição de vídeo em sua "trilha de energia" durante uma corrida ultrarrápida para a estrada. Sua silhueta no momento de agarrar o ciclista é muito distinta, enquanto a silhueta borrada de seu movimento ainda é preservada. Em segundo lugar, a escolha do ponto final do teletransporte parece muito estranha. As leis da geometria, da física e apenas da lógica dizem que o mais fácil e natural seria mover o ciclista resgatado na direção do estranho - ou seja, para o lado esquerdo da tela, para longe da estrada. Mas o teletransporte acontece com o vetor inverso, à direita - verifica-se que o estranho fez uma espécie de loop durante o teletransporte, o que não tem explicação. Em segundo lugar, surge uma vaga dúvida de que o aparecimento de duas pessoas que se teletransportam e uma bicicleta no lado direito da estrada se explica, por assim dizer, pela necessidade do palco. É esta parte que é a mais iluminada de toda a cena, então para alcançar o maior drama, observar o estado de choque do resgatado, as mãos luminosas do salvador e sua remoção para a escuridão, é mais adequado. A totalidade de todas essas observações e raciocínios leva à conclusão de que esse teletransporte é bastante criativo, mas ainda uma farsa.

Alexandre Babitsky

No ano passado, um foguete 2D Longa Marcha decolou do deserto de Gobi e colocou o satélite Mo Tzu em órbita em sincronia com o Sol, de modo que ele percorre a Terra todos os dias. Mo Tzu é um satélite altamente sensível projetado para transmitir informações quânticas. Ele pode detectar os estados quânticos de fótons individuais liberados da superfície do nosso planeta.

Hoje, a equipe de Mo Tzu anunciou sua conquista única: eles conseguiram criar a primeira rede quântica de satélite terra-terra. Essa rede foi usada para teletransportar o primeiro objeto da história da Terra para sua órbita. O teletransporte é realizado por cientistas que realizaram experimentos no campo da física óptica. Este processo é baseado no estranho fenômeno do emaranhamento, durante o qual dois fótons formam um único ponto no tempo e no espaço. Do ponto de vista técnico, eles são descritos por uma única função de onda.

Uma característica do emaranhamento quântico é que esses dois fótons existem no mesmo ponto, mesmo que haja quilômetros entre eles. Assim, uma mudança no estado de um afeta instantaneamente o estado do outro. Nos anos 90 do século passado, os cientistas perceberam que poderiam usar esse fenômeno para teletransportar objetos de um ponto do Universo para outro.

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A ideia é “carregar” informação em um fóton, então o outro fica idêntico ao primeiro. Isso é teletransporte

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Tais experimentos foram realizados muitas vezes em condições de laboratório na Terra, mas esta é a primeira vez que são testados no espaço interestelar. O teletransporte é de grande importância para toda uma gama de tecnologias relacionadas a redes quânticas e computação.

De fato, não há distância máxima para o teletransporte de fótons, mas a conexão criada entre eles é muito frágil e pode ser destruída devido a matéria estranha que apareceu na atmosfera ou na fibra óptica. Para confirmar sua teoria, os cientistas realizaram experimentos o tempo todo a uma distância maior e agora entraram em órbita. É verdade que para isso foi necessário construir uma estação no Tibete a uma altitude de 4 mil metros.

Como parte do experimento, foram criados pares de fótons emaranhados, que foram lançados a uma velocidade de 4000 m/s

Ela conduziu um experimento de satélite sobre a transferência de estados quânticos entre pares de fótons emaranhados (o chamado teletransporte quântico) em uma distância recorde de mais de 1.200 km.

O fenômeno (ou emaranhamento) surge quando os estados de duas ou mais partículas são interdependentes (correlacionados), que podem ser separados por distâncias arbitrariamente longas, mas ao mesmo tempo continuam a “sentir” um ao outro. A medição do parâmetro de uma partícula leva à destruição instantânea do estado emaranhado de outra, o que é difícil de imaginar sem entender os princípios da mecânica quântica, especialmente porque as partículas (foi especialmente mostrado em experimentos para violar as chamadas desigualdades de Bell) não possuem parâmetros ocultos que armazenam informações sobre o estado do “companheiro” e, ao mesmo tempo, uma mudança de estado instantânea não leva a uma violação do princípio de causalidade e não permite que informações úteis sejam transmitidas dessa maneira.

Para transmitir informações reais, é necessária também a participação de partículas que se movem a uma velocidade que não exceda a velocidade da luz. Por exemplo, fótons com um progenitor comum podem atuar como partículas emaranhadas e, digamos, seu spin é usado como um parâmetro dependente.

A transferência de estados de partículas emaranhadas em distâncias cada vez maiores e sob as condições mais extremas é de interesse não apenas para cientistas envolvidos em física fundamental, mas também para engenheiros que projetam comunicações seguras. Acredita-se que o fenômeno do emaranhamento de partículas no futuro nos fornecerá, em princípio, canais de comunicação inatacáveis. "Proteção" neste caso será a notificação inevitável dos participantes da conversa de que outra pessoa interferiu em sua comunicação.

Prova disso serão as leis inquebráveis ​​da física - o colapso irreversível da função de onda.

Protótipos de dispositivos para implementar essa comunicação quântica segura já foram criados, mas também há ideias para comprometer a operação de todos esses “canais absolutamente seguros”, por exemplo, por medições quânticas fracas reversíveis, então ainda não está claro se a criptografia quântica irá ser capaz de sair do estágio de teste de protótipo, não se todos os desenvolvimentos serão condenados antecipadamente e inadequados para aplicação prática.

Outro ponto: a transmissão de estados emaranhados até agora só foi realizada em distâncias não superiores a 100 km, devido a perdas de fótons na fibra óptica ou no ar, pois a probabilidade de que pelo menos alguns dos fótons cheguem ao detector torna-se evanescente pequeno. De tempos em tempos há relatos de outra conquista neste caminho, mas ainda não é possível cobrir todo o globo com tal conexão.

Assim, no início deste mês, físicos canadenses anunciaram tentativas bem-sucedidas de se comunicar por meio de um canal quântico seguro com uma aeronave, mas estava a apenas 3 a 10 km do transmissor.

O chamado protocolo de repetidor quântico é reconhecido como uma das formas de melhorar radicalmente a propagação do sinal, mas seu valor prático permanece em questão devido à necessidade de resolver uma série de questões técnicas complexas.

Outra abordagem é justamente usar a tecnologia de satélite, já que o satélite pode permanecer na linha de visão ao mesmo tempo para diferentes lugares muito distantes da Terra. A principal vantagem dessa abordagem pode ser que a maior parte do caminho do fóton será quase no vácuo com absorção quase zero e a eliminação da decoerência (violação de coerência devido à interação das partículas com o ambiente).

Para demonstrar a viabilidade de experimentos com satélite, especialistas chineses realizaram testes preliminares em solo que demonstraram propagação bidirecional bem-sucedida de pares de fótons emaranhados através de um ambiente aberto a distâncias de 600 m, 13 km e 102 km com uma perda efetiva de canal de 80 dB. Experimentos também foram realizados na transferência de estados quânticos em plataformas móveis sob condições de altas perdas e turbulência.

Após estudos detalhados de viabilidade com a participação de cientistas austríacos, foi desenvolvido um satélite de US$ 100 milhões, lançado em 16 de agosto de 2016 do Cosmódromo de Jiuquan no deserto de Gobi usando o veículo de lançamento Long March 2D em uma órbita com uma altitude de 500 km.

O satélite foi nomeado "Mo-tzu" em homenagem ao antigo filósofo chinês do século V aC, o fundador do Moísmo (a doutrina do amor universal e do consequencialismo estatal). Por vários séculos na China, o mohismo competiu com sucesso com o confucionismo, até que este foi adotado como a ideologia do Estado.

A missão Mozi é apoiada por três estações terrestres: em Delinghe (Província de Qinghai), Nanshan em Urumqi (Xinjiang) e o Observatório GaoMeiGu (GMG) em Lijiang (Província de Yunnan). A distancia entre Delinghe e Lijiang é 1203 km. A distância entre o satélite em órbita e essas estações terrestres varia entre 500-2000 km.

Como os fótons emaranhados não podem ser simplesmente "amplificados" como os sinais clássicos, novos métodos tiveram que ser desenvolvidos para reduzir a atenuação nos canais de transmissão entre a Terra e os satélites. Para atingir a eficiência de acoplamento necessária, foi necessário atingir simultaneamente a divergência mínima do feixe e o apontamento de alta velocidade e alta precisão para os detectores.

Tendo desenvolvido uma fonte cósmica ultrabrilhante de emaranhamento de dois fótons e tecnologia APT (adquirir, apontar e rastrear) de alta precisão, o grupo estabeleceu um "acoplamento quântico" entre pares de fótons separados por 1203 km, os cientistas conduziram o chamado teste de Bell para verificar violações de localidade (a capacidade de afetar instantaneamente o estado de partículas remotas) e obteve um resultado com significância estatística de quatro sigma (desvios padrão).

Esquema da fonte de fótons no satélite. A espessura do cristal KTiOPO4 (PPKTP) é de 15 mm. Um par de espelhos côncavos fora do eixo focaliza o laser da bomba (PL) no centro do cristal PPKTP. A saída do interferômetro Sagnac usa dois espelhos dicromáticos (DM) e filtros para separar os fótons de sinal do laser da bomba. Dois espelhos adicionais (PI) controlados remotamente a partir do solo são usados ​​para ajustar a direção do feixe para uma eficiência ideal de coleta de feixe. QWP - seção de fase de quarto de onda; HWP - seção de fase de meia onda; PBS - divisor de feixe polarizador.

Comparado aos métodos anteriores usando a fibra de telecomunicações comercial mais comum, a eficiência da conexão via satélite foi muitas ordens de grandeza maior, o que, segundo os autores do estudo, abre caminho para aplicações práticas anteriormente indisponíveis na Terra.