Experimenty s kvantovou teleportáciou boli úspešne dokončené v Číne a Kanade

© СС0

V Číne a Kanade sa úspešne uskutočnili experimenty na uskutočnenie kvantovej teleportácie na vzdialenosť viac ako osem kilometrov. Tieto experimenty v podmienkach mesta uskutočnili nezávisle vedci z oboch krajín.

Podľa South China Morning Post sa predtým takéto experimenty vykonávali iba v laboratóriu. Kvantová teleportácia je prenos kvantového stavu hmoty na diaľku, ktorý je zničený vo vysielacom bode a potom znovu vytvorený v prijímacom bode bez priameho prenosu samotnej častice.

Skupina výskumníkov z University of Science and Technology of China teleportovala fotóny na vzdialenosť 12,5 km v meste Che-fej (východočínska provincia Anhui). Na tento účel boli použité bežné optické siete.

Kanadskí vedci urobili podobný experiment v meste Calgary (juhozápadná provincia Alberta) vo vzdialenosti 8,2 km.

Špecialisti z oboch krajín použili rôzne prístupy. Číňania prostredníctvom svojho kanála teleportovali iba dva fotóny za hodinu, no s vyššou spoľahlivosťou. Kanaďania na druhej strane dokázali preniesť až 17 častíc za minútu, no ich technológia je menej presná a má množstvo obmedzení pre praktické využitie.

Minulý rok sa americkým vedcom podarilo poslať fotón na vzdialenosť viac ako 100 km, ale iba v laboratóriu - cez tam striedavo navinutý kábel z optických vlákien.

Početné trháky posledných rokov, z ktorých väčšina sú adaptáciami komiksov, pevne zasadili obraz superhrdinu do povedomia moderného človeka. Superhrdina je najčastejšie obyčajne vyzerajúci človek, ktorý má nadprirodzené schopnosti a často je kvôli tomu nútený viesť tajnostkársky životný štýl. Tieto filmy sú také populárne, farebné a početné, že pre niektorých ľudí sa pojem „superhrdina“ stáva bežným. Myšlienka reality takýchto hrdinov navštevuje ľudí čoraz častejšie - preto sa také zápletky ako teleportácia v Číne objavujú a sú veľmi populárne.

Superman na ceste

Na jeseň roku 2012 bolo jedným z hlavných hitov na World Wide Web video, ktoré údajne nezaznamenalo len teleportáciu človeka, ale veľmi dramatickú teleportáciu dvoch ľudí naraz. Video zverejnené na videohostingu YouTube má trvanie asi minútu a vyzerá ako streľba z pouličnej kamery. Čas udalostí, súdiac podľa načasovania v ľavom hornom rohu, je 9. mája 2012 tesne po polnoci. Miestom udalostí je jedna z mestských alebo prímestských križovatiek Číny. Hlavné postavy sú tri. Prvým je vodič kamiónu s bielou dodávkou, druhým cyklista. Tretím je záhadný cudzinec, ktorému pre širokú kapucňu nevidno do tváre. Po fyzickej stránke môže byť tento jednoznačne mladý muž chlapcom aj dievčaťom.

Udalosti vo videu sa vyvíjajú nasledovne. Po niekoľkých prechádzajúcich autách sa v pozadí objavuje nákladné auto, ktoré postupne naberá rýchlosť. Keď sa približuje, zo zatemnenej oblasti sa vľavo po vedľajšej ceste vynára cyklista. Dráhy a rýchlosti kamiónu a cyklistu sú také, že zrážka sa zdá byť nevyhnutná a následky pre vodiča ľahšieho vozidla môžu byť fatálne. Ale tu v pravej stmavenej oblasti obrazovky je nejaký pohyb: rýchla, rozmazaná silueta sa blíži k miestu hroziacej kolízie. V poslednej chvíli sa silueta črtá zreteľnejšie a divák vidí muža, ktorý cyklistu chytá takmer pod samotné kolesá auta. Potom cudzinec, cyklista a bicykel doslova zmiznú a kamión začne brzdiť. Auto sa ešte úplne nezastavilo, keď sa úplne vpravo na obrazovke, práve na osvetlenej časti cesty, objavila skupina dvoch ľudí a bicykel. Cudzinec vyslobodí zachráneného, ​​pričom jeho ruky jasne žiaria. Prehodí si cez hlavu kapucňu a ponáhľa sa z cesty. V tomto čase si viditeľne otrasený cyklista sadá na krajnicu bez sily, smeruje k nemu kamionista, ktorý vyšiel a na vozovke nič nenachádza.

Je ľahké oklamať tých, ktorí sú radi, že sú oklamaní

Teleportácia ľudí v Číne, najmä zaznamenaná na videu a navyše za takýchto filmových okolností, sa veľmi rýchlo stala známou a získala milióny zhliadnutí na videohostingu. Okamžite sa rozbehli živé diskusie o tom, či je video skutočné, alebo ide o žart niektorých špecialistov na vizuálne efekty. Je zvláštne, že na scéne bolo pomerne veľa priaznivcov reality teleportácie. Okamžite vznikli dokonca aj zvláštne „fanfikcie“ - začali sa vymýšľať zápletky, aby vytvorili príbeh superhrdinského dievčaťa (väčšinovému publiku sa ženská postava zdala zaujímavejšia a pôsobivejšia), aby sa odhalili dôvody, ktoré ju prinútili skrývať svoje superschopnosti a podobne.

Našlo sa ale veľa skeptických kritikov a tí video doslova rozložili doslova po kostiach. Mnoho racionálnych argumentov bolo predložených v prospech skutočnosti, že dej je inscenovaný, nesie zjavné stopy použitia softvéru na konverziu video materiálu a má tiež zjavné logické nedostatky. V prvom rade upozornil samotný výskyt potenciálne smrteľnej nehody: oproti zvykom kamión pri približovaní sa ku križovatke nespomalil, ale nabral rýchlosť, akoby vytváral podmienky pre dramatickú scénu. Podozrivé je aj podozrenie cyklistu: jazdil prekvapivo pokojne rovno pod kolesá, pričom nemenil rýchlosť a ani neotáčal hlavu pri prechádzaní cez hlavnú cestu, kde musí dať prednosť v jazde. S kamionistom nie je všetko v poriadku – na záberoch je jasne vidieť, že osoba, ktorá vystúpila z kabíny, je oblečená v žiarivo bielom tričku alebo košeli. Ale v celkom dobre osvetlenej kabíne počas brzdenia nielenže nie je nič jasné, ale nie je tam vôbec žiadny vodič.

Čo sa týka tajomnej osoby so schopnosťou teleportovať seba a teleportovať ostatných, ani on nie je taký „čistý“. Po prvé, v jeho „energetickej stope“ sú zjavné stopy po úprave videa počas ultrarýchlej jazdy na cestu. Jeho silueta v momente uchopenia cyklistu je veľmi výrazná, pričom rozmazaná silueta jeho pohybu je stále zachovaná. Po druhé, výber koncového bodu teleportácie vyzerá veľmi zvláštne. Zákony geometrie, fyziky a spravodlivej logiky hovoria, že najjednoduchšie a najprirodzenejšie by bolo posunúť zachráneného cyklistu smerom k cudzincovi – teda na ľavú stranu obrazovky, preč od cesty. Ale teleportácia sa deje s reverzným vektorom, vpravo - ukazuje sa, že cudzinec počas teleportácie urobil akúsi slučku, ktorá nemá žiadne vysvetlenie. Po druhé, nejasná pochybnosť sa vkráda do toho, že výskyt dvoch teleportujúcich sa ľudí a bicykla na pravej strane cesty je vysvetlený takpovediac javiskovou nevyhnutnosťou. Práve táto časť je na celej scéne najviac osvetlená, takže na dosiahnutie tej najväčšej drámy, na pozorovanie šokového stavu zachraňovaného, ​​svietiacich rúk záchrancu a jeho odsunu do tmy sa najlepšie hodí. Súhrn všetkých týchto pozorovaní a úvah vedie k záveru, že táto teleportácia je dosť kreatívna, ale stále je to podvod.

Alexander Babitsky

Minulý rok vzlietla z púšte Gobi raketa Long March 2D a vyniesla na obežnú dráhu satelit Mo Tzu synchronizovane so Slnkom, takže každý deň obchádza Zem. Mo Tzu je vysoko citlivý satelit určený na prenos kvantových informácií. Dokáže odhaliť kvantové stavy jednotlivých fotónov uvoľnených z povrchu našej planéty.

Tím Mo Tzu dnes oznámil svoj jedinečný úspech: podarilo sa mu vytvoriť prvú satelitnú kvantovú sieť zem-zem. Táto sieť bola použitá na teleportovanie prvého objektu v histórii zo Zeme na jej obežnú dráhu. Teleportáciu vykonávajú vedci, ktorí uskutočnili experimenty v oblasti optickej fyziky. Tento proces je založený na zvláštnom fenoméne zapletenia, počas ktorého dva fotóny tvoria jeden bod v čase a priestore. Z technického hľadiska sú opísané jednou vlnovou funkciou.

Charakteristickým rysom kvantového zapletenia je, že tieto dva fotóny existujú v rovnakom bode, aj keď sú medzi nimi kilometre. Zmena stavu jedného teda okamžite ovplyvňuje stav druhého. Ešte v 90. rokoch minulého storočia si vedci uvedomili, že tento jav môžu využiť na teleportovanie objektov z jedného bodu Vesmíru do druhého.

Myšlienka je ">">

Cieľom je „nahrať“ informácie do jedného fotónu, potom sa druhý stane identickým s prvým. Toto je teleportácia

">

Takéto experimenty sa v laboratórnych podmienkach na Zemi uskutočnili už mnohokrát, no toto je prvýkrát, čo boli testované v medzihviezdnom priestore. Teleportácia má veľký význam pre celý rad technológií súvisiacich s kvantovými sieťami a výpočtovou technikou.

V skutočnosti neexistuje maximálna vzdialenosť pre teleportáciu fotónov, ale spojenie vytvorené medzi nimi je príliš krehké a môže byť zničené v dôsledku cudzieho materiálu, ktorý sa objavil v atmosfére alebo v optickom vlákne. Aby vedci potvrdili svoju teóriu, neustále experimentovali na väčšiu vzdialenosť a teraz sa dostali na obežnú dráhu. Je pravda, že na to bolo potrebné postaviť stanicu v Tibete v nadmorskej výške 4 000 metrov.

V rámci experimentu boli vytvorené prepletené páry fotónov, ktoré boli vypustené rýchlosťou 4000 m/s

Uskutočnila satelitný experiment o prenose kvantových stavov medzi pármi zapletených fotónov (tzv. kvantová teleportácia) na rekordnú vzdialenosť viac ako 1200 km.

K javu (alebo zapleteniu) dochádza vtedy, keď sú stavy dvoch alebo viacerých častíc vzájomne závislé (korelované), ktoré možno oddeliť na ľubovoľne veľké vzdialenosti, no zároveň sa naďalej navzájom „cítia“. Meranie parametra jednej častice vedie k okamžitému zničeniu zapleteného stavu inej častice, čo je ťažké si predstaviť bez pochopenia princípov kvantovej mechaniky, najmä preto, že častice (bolo to špeciálne zobrazené pri pokusoch na porušenie tzv. Bellových nerovností) nemajú žiadne skryté parametre, ktoré by uchovávali informácie o stave „spoločníka“ a zároveň okamžitá zmena stavu nevedie k porušeniu princípu kauzality a neumožňuje týmto spôsobom prenášať užitočné informácie.

Na prenos reálnej informácie je navyše potrebná účasť častíc pohybujúcich sa rýchlosťou nepresahujúcou rýchlosť svetla. Napríklad fotóny so spoločným progenitorom môžu pôsobiť ako zapletené častice a povedzme ich spin sa používa ako závislý parameter.

Prenos stavov zapletených častíc na čoraz väčšie vzdialenosti a za najextrémnejších podmienok je zaujímavý nielen pre vedcov zaoberajúcich sa fundamentálnou fyzikou, ale aj pre inžinierov, ktorí navrhujú bezpečnú komunikáciu. Predpokladá sa, že fenomén zapletenia častíc nám v budúcnosti poskytne v zásade nehacknuteľné komunikačné kanály. "Ochrana" v tomto prípade bude nevyhnutné upozornenie účastníkov konverzácie, že niekto iný zasahoval do ich spojenia.

Dôkazom toho budú neporušiteľné fyzikálne zákony – nezvratný kolaps vlnovej funkcie.

Prototypy zariadení na implementáciu takejto bezpečnej kvantovej komunikácie už boli vytvorené, ale existujú aj nápady, ako ohroziť fungovanie všetkých týchto „absolútne bezpečných kanálov“, napríklad reverzibilnými slabými kvantovými meraniami, takže stále nie je jasné, či kvantová kryptografia bude byť schopný dostať sa zo štádia testovania prototypu, nie či bude všetok vývoj vopred odsúdený na zánik a nevhodný na praktickú aplikáciu.

Ďalší bod: prenos zamotaných stavov sa doteraz uskutočňoval iba na vzdialenosti nepresahujúce 100 km v dôsledku strát fotónov v optickom vlákne alebo vo vzduchu, pretože pravdepodobnosť, že aspoň časť fotónov dosiahne detektor, sa zmenšuje. malý. Z času na čas sa objavia správy o ďalšom výkone na tejto ceste, no zatiaľ nie je možné takýmto spojením pokryť celú zemeguľu.

Takže začiatkom tohto mesiaca kanadskí fyzici oznámili úspešné pokusy o komunikáciu cez bezpečný kvantový kanál s lietadlom, ktoré však bolo len 3-10 km od vysielača.

Takzvaný protokol kvantového opakovača je uznávaný ako jeden zo spôsobov, ako radikálne zlepšiť šírenie signálu, ale jeho praktická hodnota zostáva otázna kvôli potrebe vyriešiť množstvo zložitých technických problémov.

Ďalším prístupom je práve použitie satelitnej technológie, pretože satelit môže zostať v zornom poli súčasne pre rôzne veľmi vzdialené miesta na Zemi. Hlavnou výhodou tohto prístupu môže byť, že väčšina dráhy fotónu bude takmer vo vákuu s takmer nulovou absorpciou a elimináciou dekoherencie (narušenie koherencie v dôsledku interakcie častíc s prostredím).

Na demonštráciu uskutočniteľnosti satelitných experimentov čínski experti vykonali predbežné pozemné testy, ktoré preukázali úspešné obojsmerné šírenie zapletených fotónových párov cez otvorené prostredie na vzdialenosti 600 m, 13 km a 102 km s efektívnou stratou kanála 80 dB. Uskutočnili sa aj experimenty s prenosom kvantových stavov na pohyblivé platformy v podmienkach vysokých strát a turbulencií.

Po podrobných štúdiách uskutočniteľnosti za účasti rakúskych vedcov bol vyvinutý satelit za 100 miliónov dolárov, vypustený 16. augusta 2016 z kozmodrómu Jiuquan v púšti Gobi pomocou nosnej rakety Long March 2D na obežnú dráhu s výškou 500 km.

Satelit bol pomenovaný „Mo-tzu“ na počesť starovekého čínskeho filozofa z 5. storočia pred Kristom, zakladateľa moizmu (učenie o univerzálnej láske a štátnom konsekvencializme). Počas niekoľkých storočí v Číne mohizmus úspešne konkuroval konfucianizmu, až kým nebol prijatý ako štátna ideológia.

Misiu Mozi podporujú tri pozemné stanice: v Delinghe (provincia Qinghai), Nanshan v Urumqi (Xinjiang) a observatórium GaoMeiGu (GMG) v Lijiang (provincia Yunnan). Vzdialenosť medzi Delinghe a Lijiang je 1203 km. Vzdialenosť medzi obežným satelitom a týmito pozemnými stanicami sa pohybuje medzi 500-2000 km.

Pretože zapletené fotóny nemožno jednoducho „zosilniť“ ako klasické signály, museli byť vyvinuté nové metódy na zníženie útlmu v prenosových kanáloch medzi Zemou a satelitmi. Na dosiahnutie požadovanej účinnosti väzby bolo potrebné súčasne dosiahnuť minimálnu divergenciu lúča a vysokorýchlostné a vysoko presné nasmerovanie na detektory.

Po vyvinutí ultrajasného kozmického zdroja dvojfotónového zapletenia a vysoko presnej technológie APT (získavanie, ukazovanie a sledovanie) skupina vytvorila „kvantovú väzbu“ medzi pármi fotónov oddelených 1203 km, vedci vykonali tzv. nazývaný Bell test na kontrolu narušení lokality (schopnosť okamžite ovplyvniť stav vzdialených častíc) a získal výsledok so štatistickou významnosťou štyri sigma (štandardné odchýlky).

Schéma zdroja fotónov na satelite. Hrúbka kryštálu KTiOPO4 (PPKTP) je 15 mm. Dvojica mimoosových konkávnych zrkadiel zameriava laser pumpy (PL) do stredu kryštálu PPKTP. Výstup interferometra Sagnac využíva dve dichromatické zrkadlá (DM) a filtre na oddelenie signálnych fotónov od lasera pumpy. Dve prídavné zrkadlá (PI) diaľkovo ovládané zo zeme sa používajú na jemné doladenie smeru lúča pre optimálnu účinnosť zberu lúča. QWP - štvrťvlnový fázový úsek; HWP - polovičný fázový úsek; PBS - polarizačný rozdeľovač lúčov.

V porovnaní s predchádzajúcimi metódami využívajúcimi najbežnejšie komerčné vzorky telekomunikačného vlákna sa účinnosť satelitného spojenia ukázala o mnoho rádov vyššia, čo podľa autorov štúdie otvára cestu pre praktické aplikácie, ktoré boli predtým na Zemi nedostupné. .