Китайським вченим вдалося передати заплутані фотони з супутника на три станції на Землі, де частинки продовжували підтримувати квантовий зв'язок, незважаючи на відстань понад 1200 км. До цього часу рекорд розподілу квантових сплетінь становив близько 100 км.

відстані

За допомогою супутника китайським вченим вдалося доставити переплутані фотони до трьох наземних станцій, розділених понад 1000 км./Хуан Інь та ін./Наука

Дослідники з Університету науки і технологій Китаю та Академії наук цієї країни зуміли за допомогою супутника розподілити пари заплутаних фотонів на 1200 км. Цього тижня, з потенційними майбутніми додатками в надбезпечних квантових комунікаціях, публікується цього тижня в журналі Science.

На сьогодні всі спроби заплутати частинки, спосіб їх квантового `` зв'язати '' їх на відстані, були обмежені приблизно 100 км або менше, оскільки заплутаність втрачається, оскільки вони передаються вздовж оптичних волокон або через наземні відкриті простори.

На сьогоднішній день всі зусилля, щоб заплутати частинки, були обмежені приблизно 100 км

Одним із способів, як вчені намагаються подолати цю проблему, є розбиття лінії електропередачі на менші сегменти та багаторазовий обмін, очищення та збереження квантової інформації вздовж волокна.

Однак існує інший підхід до досягнення квантових мереж у глобальному масштабі за допомогою лазерів та супутникових технологій. Цей варіант зараз успішно застосовується групою китайських вчених на чолі з дослідником Хуаном Інем.

Для свого дослідження автори використовували супутник Міціюс або Мозі, названий на честь китайського філософа та вченого з V століття до нашої ери. Космічний корабель, запущений у минулому році, оснащений вузькоспеціалізованими квантовими технологіями та інструментами.

Зафіксуйте взаємозв’язані пари на 1203 км

Супутник використовувався для зв'язку з трьома наземними станціями, розташованими в різних частинах Китаю (Наньшань в місті Урумчі, Делінгха в Цинхаї та обсерваторія Гаомеїгу в Ліцзяні). Останні два відокремлені один від одного відстанню в 1203 км, між якою був встановлений новий рекорд квантового заплутування. Зі свого боку, відстань між супутником на орбіті та наземними станціями становила від 500 до 2000 км.

"Ця робота показує, що можна отримати пари заплутаних фотонів на відстані, яких досі не було досягнуто", оцінює Есперанса Лопес, іспанський дослідник з Інституту теоретичної фізики (IFT), який не брав участі у дослідженні, але є фахівець з цього питання, "і це досягається випромінюванням заплутаних пар із супутника, так що велика частина їх розповсюдження відбувається в дуже розрідженому середовищі, що мінімізує взаємодії, які можуть зруйнувати квантову когерентність".

Схема заплутування частинок на великих відстанях за допомогою супутника та передавальних, приймальних та АРТ-пристроїв./Китайська академія наук/Хуан Інь та ін./Наука

Китайські вчені піддали лазерний промінь від супутника роздільнику променя, досягнувши тим самим двох різних поляризованих станів променя. Один з «підпроменів» використовувався для передачі заплутаних фотонів, а другий був призначений для прийому фотонів. Таким чином вони змогли доставити переплутані фотони на наземні станції, розділені більш ніж на 1000 км.

Зокрема, розробивши над яскраве джерело космічного переплетення з двома фотонами та високоточну технологію «збору, наведення та відстеження» (APT), команда змогла встановити сплетіння між двома окремими фотонами, розділеними 1203 км між ними. ще дві станції.

"Ця робота є великим кроком для майбутнього квантових комунікацій, а також для фундаментальних досліджень", - оцінює експерт

"За допомогою ретельного експериментального пристрою їм вдалося встановити так званий тест Белла (техніку, яка дозволяє виявити, чи дійсно квантові частинки заплутані) на заплутаних парах на відстані 1200 км", - вказує дослідник IFT.

Наслідки для квантової телепортації та зв'язку

На думку авторів, розподіл квантових переплетень на великі відстані, такий, як зараз досягнутий, має важливі наслідки для квантової телепортації та комунікаційних мереж.

Телепортація - це унікальна квантова технологія, яка дозволяє довільний спосіб переносити квантовий стан у віддалене місце. Для цього використовується розподілений квантовий стан заплутаності, хоча також потрібна передача певної класичної інформації.

Цей тип телепортації не передає енергію або речовину, а також не дозволяє передавати інформацію зі швидкістю, більшою, ніж швидкість світла, але він може бути дуже корисним у надзахищених квантових обчисленнях і зв'язку. "Загалом ця робота являє собою великий крок як для майбутнього квантових комунікацій, так і для фундаментальних досліджень", - підсумовує Есперанса Лопес.

Бібліографічна довідка:

Хуан Інь та ін. "Розподіл заплутань на основі супутника понад 1200 кілометрів". Наука, 16 червня 2017 р.

Квантове заплутування та телепортація для новачків

"Квантове заплутування, фундаментальна властивість квантових систем, характеризує стани складних систем, в яких вимірювання деяких її компонентів впливає на стан, в якому знаходяться решта", - пояснює Есперанса Лопес, науковий співробітник Інституту теоретичної фізики (IFT, змішаний центр Мадридського автономного університету та CSIC). "Це дивовижна властивість, оскільки за відсутності інших зовнішніх впливів воно зберігається на довільно великі відстані і проявляється миттєво, навіть незважаючи на те, що компоненти системи знаходяться дуже далеко один від одного. Це змусило великих вчених, включаючи Альберта Ейнштейна, запропонувати Квантова фізика не дає остаточного опису мікроскопічної природи. Основний внесок у цю дискусію зробив ірландський фізик Джон С. Белл, показуючи, що експериментально можна визначити, чи потрібно квантову механіку доповнювати так званими прихованими змінними. основною властивістю для використання є саме квантове заплутування ".