Hi-Tech

Хронология: как развивалась квантовая телепортация

Атомы — прочный строительный блок всего созданного на Земле, люди доверяли ньютоновским законам движения, и казалось, что большинство проблем физики уже решили. В начале 20 века учёные полагали, что понимают фундаментальные принципы природы.

Интерес вызвала квантовая механика, которая полностью изменила фундаментальные законы физики. Однако с появлением теории относительности Эйнштейна, которая заменила классическую (ньютоновскую) механику, учёные поняли, что их знания далеки от полноценных.

Явление позволяет создать две частицы, которые полностью зависят друг от друга. Квантовая телепортация возможна благодаря явлению квантовой запутанности. Он измеряет их поляризацию или направление, в котором они двигаются. Например, у наблюдателя есть два запутанных фотона. Если у одного фотона вертикальная поляризация, то у другого будет точно такая же поляризация.

Согласно стандартной интерпретации квантовой механики, частицы одновременно находятся в горизонтальном или вертикальном состоянии, пока их не измерят.

Это как если бы два человека кидали кости и всегда получали одинаковый результат: он всегда случайный, но идентичный у двух людей. Если измерить одну частицу в запутанной паре, то как бы далеко она ни находилась от второй, та сразу же получает всё измеримое состояние.

Для этого необходимы три субатомные частицы, например, фотоны. Квантовая телепортация помогает отправить сигнал или передать информацию. Два из них запутаны друг с другом, а третий содержит кубит — квантовый бит, который нужно отправить.

В Москве учёный измеряет один из запутанных фотонов и третью частицу одновременно. Допустим, один фотон из запутанной пары находится в Москве, а второй в Новосибирске. После измерения частицы разрушаются. Он выясняет их свойства относительно друг друга: одинаковые они или противоположны.

Он передаёт информацию коллеге из Новосибирска. Предположим, учёный выяснил, что частицы противоположны. Второй ученый измеряет свой запутанный фотон и знает, что противоположность его измерения — бит информации, которую он должен был получить.

Они измеряют состояние одной из запутанных частиц и сравнивают её с третьей, которая содержит бит информации для отправки. Исследователи квантовой телепортации обычно генерируют запутанную пару в одном месте. Затем с помощью лазерного луча передают информацию об относительном состоянии частиц вместе со второй запутанной частицей в другое место.

Первые эксперименты по квантовой телепортации включали передачу частиц на небольшие расстояния — несколько сантиметров. Но так как частицы чувствительны и малы, они могут потеряться. Затем ученые научились передавать частицы на несколько километров, а затем на сотни и тысячи километров.

Его почти невозможно взломать. Квантовая телепортация способна помочь в создании сверхзащищённого квантового интернета. Испорченная передача станет узнаваема, потому что частицы перестанут быть запутанными или передача полностью уничтожится. Попытка подслушать одну из квантовых передач изменит её. Таким образом, никто, не имея доступа к запутанной паре частиц, не сможет взломать сеть.

1993 год

Считалось, что она нарушает принцип неопределённости, запрещающий любому измерительному или сканирующему процессу извлекать информацию из атома или другого объекта. Долгое время учёные не воспринимали идею телепортации серьёзно.

Оно продолжается до тех пор, пока исходное состояние объекта не нарушится так, что нельзя получить достаточное количество информации для создания точной копии. Чем дольше сканируется объект, тем больше на него влияет процесс сканирования. А так как нельзя извлечь все свойства для создания идеальной копии, то сделать её невозможно.

Однако в 1993 году в журнале Physical Review Letters шесть физиков-теоретиков Чарльз Беннетт из IBM, Жиль Брассар, Клод Крепо и Ричард Джозза из Монреальского университета, Ашер Перес из Израильского технологического института и Уильям Уотерс из колледжа Уильямс опубликовали статью, в которой рассказали об использовании парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена, чтобы обойти принцип неопределённости.

Квантовая информация с первой частицы исчезает и восстанавливается на второй благодаря их запутанности. Ученые описали, что имея в каждой из лабораторий пару запутанных частиц и возможность обменяться двумя битами информации, можно передать информацию от первой частицы ко второй, которая находится у удалённой лаборатории.

Квантовая телепортация не передает энергию или тело на расстоянии. Тогда ещё неизвестное квантовое явление описали как «телепортинг» и объяснили, чем оно отличается от популярной в научной фантастике «телепортации».

1995-1997 годы

Команда Беннетта создала квантовую теорию запутанности и предложила несколько методов для точной передачи классической и квантовой информации через шумные каналы.

1997 год

Под руководством Антона Цайлингера из Университета Инсбрука и Франческо де Мартини из Университета Рима прошла первая экспериментальная квантовая телепортация поляризационного состояния фотона.

2004 год

Команда американских ученых телепортировала кубит на основе иона атома бериллия, а австрийская — квантовое состояние иона атома кальция. В июньском журнале Nature вышла статья, в которой две группы ученых рассказали о телепортации квантового состояния атома. Эти эксперименты сделали большой шаг в создании квантовых компьютеров и реализации квантовой криптографии.

Для эксперимента учёные использовали канализационную систему под руслом реки, по которой протянули оптоволоконный кабель. В этом же году физики Венского университета телепортировали фотоны на расстояние 600 метров через реку Дунай. По словам учёных, ценность эксперимента в том, что они провели его в условиях, максимально приближённых к реальным.

2006 год

Исследователи из Института квантовой оптики имени Макса Планка в Гархинге и Института Нильса Бора в Копенгагене перенесли квантовое состояние светового импульса в макроскопический объект — ансамбль из 10-12 атомов. Учёные впервые передали информацию между светом и веществом: квантами лазерного излучения и атомами цезия.

2009 год

До этого телепортация удавалась на более короткие расстояния. Физики впервые телепортировали квантовое состояние кубита на один метр.

Установка для телепортации

2010 год

Средняя точность передачи достигла 89%, что превышало предел предыдущих исследований на две трети. В эксперименте физиков из Научно-технического университета Китая и Университета Цинхуя квантовое состояние фотонов передалось на 16 км. Исследование подтвердило возможность квантовой телепортации в космосе и шагом вперёд в использовании квантовой коммуникации в глобальном масштабе.

2012 год

Предыдущий рекорд — 16 км, установленный этими же исследователями. Группа китайских ученых сообщила, что они провели квантовую телепортацию через озеро Цинхай — на расстояние 97 км.

Так они увеличили расстояние до 143 км. Через восемь дней после сообщения китайских ученых европейская и канадская группы рассказали, что передали информацию с одного из Канарских островов к другому.

2014 год

Ученые достигли точной телепортации квантовой информации на короткие расстояния. Физики Делфтского технического университета (Нидерланды) продемонстрировали квантовую телепортацию между двумя кубитами, отдалённых друг от друга на три метра. Это стало важным шагом на пути к созданию квантового интернета.

Команда побила свой же рекорд, установленный в 2003 году. Спустя несколько месяцев исследователи из Университета Женевы провели эксперимент, в котором телепортировали фотон с помощью оптоволоконного кабеля на рекордное расстояние для этого типа передачи — 25 км.

2015 год

Новую технологию можно использовать для создания устройств — квантовых ретрансляторов. Группа учёных из Национального института стандартов и технологий США телепортировала фотоны по оптоволоконному кабелю на 102 км. Они периодически могут передать данные, чтобы расширить охват сети и, возможно, этого будет достаточно, чтобы построить квантовый интернет.

2017 год

Физики из Шанхая заявили, что переправили информацию с квантового спутника «Мо-цзы» на станцию слежения на Земле. В Китае совершили первую квантовую телепортацию с Земли на орбиту. Успешная реализация открыла дорогу к сверхдальней телепортации и стала первым шагом на пути к созданию квантового интернета. Так ученые телепортировали одиночные фотоны с наземной обсерватории на спутник на околоземной орбите, удалённый от нее на 1400 км.

Сейчас

#будущее

Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть