15 януари 2016, 17:30:49

Бъдещото телепортиране е само първият етап от цяла поредица от експерименти.

Снимка: Саръева

Владивосток, IA Primorye24. Следващото лято китайски учени планират да проведат първия в света експеримент за квантова телепортация, съобщава Версия.

Обявеното разстояние, на което ще се движат частиците, е 1200 километра, разказва Nature News за плановете на учени от Средното царство. Известно е, че като част от теста специалистите ще изстрелят близо до Земята сателит през юни тази година. Тя ще действа като връзка между две земни станции. Известно е, че експертите планират да изпратят частици от Китай до Виена. Преди да изстрелят т. нар. „телепорт“, учените ще разберат колко надеждна е криптографската връзка между градовете, като телепорт ще действа един спътник – той ще извършва безконтактно движение на фотони. Разстоянието между станциите в Европа и Китай е повече от 1200 километра, според учените, не подлежи на съмнение. Фактът, че квантовата телепортация може да се извърши на всякакви, включително най-дълги разстояния, стана известен в средата на миналия век.

Според физиците бъдещото телепортиране на частици от Китай в Европа с помощта на сателит е само първият етап от цяла поредица от експерименти. В бъдеще учените планират да проведат подобен експеримент с участието на станции на спътника, Земята и Луната - процесът на квантово телепортиране на определени частици на всяко разстояние. За да го осъществят, специалистите вземат сдвоена квантова частица и я разделят на дялове. Според правилата на квантовата механика, ако сдвоените частици се отдалечават една от друга, всеки дял запазва информация за своя партньор. Подобно изследване вече е проведено от изследователи в американски университет. Те успяха да постигнат квантова телепортация над 102 километра. За да извършат процеса, специалистите не са използвали сателит, а оптично влакно. Въпреки факта, че сдвоените фотони са били разделени на разстояние повече от сто километра, промяната в състоянието на единия от тях е повлияла на другия.

МОСКВА, 12 юли - РИА Новости.Физици от Шанхай обявиха успешното завършване на първата "космическа" квантова телепортация, прехвърляща информация за състоянието на частица от квантовия спътник Mo Tzu до станция за проследяване на Земята, според статия, публикувана в електронната библиотека arXiv.org

„Ние обявяваме първото квантово телепортиране на единични фотони от обсерватория на Земята до сателит в ниска околоземна орбита, на 1400 километра от нея, което отваря пътя към телепортирането на свръхдалечни разстояния стъпка към създаването на квантов интернет“, пише Джиан -Уей Пан (Jian-Wei Pan) от университета в Шанхай и колегите му.

Феноменът на квантовото заплитане е в основата на съвременните квантови технологии. Това явление, по-специално, играе важна роля в сигурните квантови комуникационни системи - такива системи напълно елиминират възможността за незабелязано „подслушване“ поради факта, че законите на квантовата механика забраняват „клонирането“ на състоянието на светлинните частици. В момента системите за квантова комуникация се развиват активно в Европа, Китай и САЩ.

През последните години учени от Русия и чужди страни създадоха десетки квантови комуникационни системи, чиито възли могат да обменят данни на доста големи разстояния, възлизащи на около 200-300 километра. Всички опити за разширяване на тези мрежи в международен и междуконтинентален план се натъкнаха на непреодолими трудности, свързани с начина, по който светлината избледнява, докато пътува през оптични влакна.

Поради тази причина много екипи от учени обмислят преместването на квантовите комуникационни системи на „космическо“ ниво, обменяйки информация чрез сателит, което им позволява да възстановят или укрепят „невидимата връзка“ между заплетени фотони. Първият космически кораб от този вид вече присъства в орбита - това е китайският спътник Mo Tzu, изстрелян в космоса през август 2016 г.

Тази седмица Пан и колегите му описаха първите успешни експерименти за квантова телепортация, извършени на борда на Mo-Zu и в комуникационна станция в град Нгари в Тибет, построена на надморска височина от четири километра за обмен на информация с първия квантов спътник.

Квантовата телепортация е описана за първи път на теоретично ниво през 1993 г. от група физици, ръководени от Чарлз Бенет. Според тяхната идея атомите или фотоните могат да обменят информация на всяко разстояние, ако са били „заплетени“ на квантово ниво.

За осъществяването на този процес е необходим редовен комуникационен канал, без който не можем да четем състоянието на заплетените частици, поради което такава „телепортация“ не може да се използва за предаване на данни на астрономически разстояния. Въпреки това ограничение, квантовата телепортация е изключително интересна за физиците и инженерите, защото може да се използва за предаване на данни в квантовите компютри и за криптиране на данни.

Водени от тази идея, учените заплитат две двойки фотони в лаборатория в Нгари и прехвърлят една от четирите „заплетени“ частици на борда на Mo-Dza с помощта на лазер. Сателитът едновременно измерва състоянието както на тази частица, така и на друг фотон, който е бил на борда в този момент, в резултат на което информацията за свойствата на втората частица моментално се „телепортира“ на Земята, променяйки начина, по който „земният“ фотон , объркана с първата частица с поведение.

Общо, както казват китайските физици, те успяха да „заплетат“ и телепортират над 900 фотона, което потвърди правилността на работата „Mo-Zu“ и доказа, че двупосочното „орбитално“ квантово телепортиране е принципно възможно. По подобен начин, както отбелязват учените, е възможно да се предават не само фотони, но и кубити, клетки с памет на квантов компютър и други обекти от квантовия свят.

В интернет се появи видео, за което се твърди, че е заснето от външна камера за наблюдение на една от градските улици в Китай. Видеото засне необичаен инцидент, който според датата на видеото се случи в полунощ на 9 май 2012 г.

На видеото ясно се вижда как камион бързо се приближава към пресичащ пътя велосипед. Изглежда, че сблъсъкът е неизбежен, но изведнъж велосипедът и велосипедистът изчезват по чудо и се появяват от другата страна на улицата.

Повторение на забавен каданс показва мъж, който се приближава към велосипед с висока скорост, грабва го и като по чудо се телепортира в другия край на пътя. Междувременно шофьорът на камиона изтича от колата и поглежда под камиона, но забелязва, че велосипедът и собственикът му стоят от безопасната страна на улицата. В същото време „телепортираният човек“ напуска сцената.

Видеото получи около 1 милион гледания в YouTube. Разбира се, повечето потребители са сигурни, че видеото е фалшива или вирусна реклама за втората част на популярния филм „Телепорт“. Има обаче и такива, които смятат този инцидент за реален. Много от тях предполагат, че „човекът телепорт“ е или извънземен, или пътешественик във времето.

Проведе сателитен експеримент за прехвърляне на квантови състояния между двойки заплетени фотони (т.нар. квантова телепортация) на рекордно разстояние от повече от 1200 км.

Феноменът (или заплитането) възниква, когато състоянията на две или повече частици са взаимозависими (корелирани), които могат да бъдат разделени на произволно големи разстояния, но в същото време те продължават да се „усещат“ една друга. Измерването на параметъра на една частица води до моментално унищожаване на заплетеното състояние на друга, което е трудно да си представим без разбиране на принципите на квантовата механика, особено след като частиците (това беше специално показанов експерименти за нарушаване на така наречените неравенства на Бел) нямат никакви скрити параметри, в които да се съхранява информация за състоянието на „спътника“, и в същото време моменталната промяна в състоянието не води до нарушение на принципа на причинно-следствената връзка и не позволява да се предава полезна информация по този начин.

За да се предаде реална информация, е необходимо допълнително да се включат частици, движещи се със скорост, която не надвишава скоростта на светлината. Например, фотони, които имат общ прародител, могат да действат като заплетени частици и, да речем, тяхното въртене се използва като зависим параметър.

Не само учени, занимаващи се с фундаментална физика, но и инженери, проектиращи сигурни комуникации, проявяват интерес към предаване на състоянията на заплетени частици на все по-големи разстояния и при най-екстремни условия. Смята се, че феноменът на заплитането на частици ще ни осигури по принцип комуникационни канали, които не могат да бъдат хакнати в бъдеще. „Защита“ в този случай ще бъде неизбежното уведомяване на участниците в разговора, че трета страна се е намесила в тяхната комуникация.

Доказателство за това ще бъдат ненарушимите закони на физиката – необратимия колапс на вълновата функция.

Вече са създадени прототипи на устройства за прилагане на такава сигурна квантова комуникация, но също така се появяват идеи за компрометиране на работата на всички тези „абсолютно сигурни канали“, например чрез обратими слаби квантови измервания, така че все още не е ясно дали квантовата криптография ще да може да напусне етапа на тестване на прототипа, без да се окаже, че всички разработки ще се окажат предварително обречени и негодни за практическо използване.

Друг момент: предаването на заплетени състояния досега се е извършвало само на разстояния, които не надвишават 100 km, поради загубата на фотони в оптичното влакно или във въздуха, тъй като вероятността поне някои от фотоните да достигнат до детекторът става изчезващо малък. От време на време се появяват доклади за следващото постижение по този път, но все още не е възможно да се покрие цялото земно кълбо с такава връзка.

И така, по-рано този месец канадски физици обявиха успешни опити за комуникация чрез защитен квантов канал със самолет, но той беше само на 3-10 км от предавателя.

Така нареченият протокол за квантов повторител е признат за един от начините за радикално подобряване на разпространението на сигнала, но неговата практическа стойност остава под въпрос поради необходимостта от решаване на редица сложни технически проблеми.

Друг подход е именно използването на сателитна технология, тъй като сателитът може да остане в пряка видимост на различни много отдалечени места на Земята едновременно. Основното предимство на този подход би било, че по-голямата част от пътя на фотона ще бъде във виртуален вакуум, с почти нулево поглъщане и елиминиране на декохерентност (загуба на кохерентност, причинена от взаимодействието на частиците с околната среда).

За да демонстрират осъществимостта на сателитните експерименти, китайски експерти проведоха предварителни наземни тестове, които демонстрираха успешно двупосочно разпространение на заплетени фотонни двойки през отворена среда на разстояния от 600 m, 13 и 102 km с ефективна загуба на канала от 80 dB. Проведени са и експерименти за прехвърляне на квантови състояния върху движещи се платформи при условия на големи загуби и турбулентност.

След подробни проучвания за осъществимост с участието на австрийски учени беше разработен сателит на стойност 100 милиона долара, който беше изстрелян на 16 август 2016 г. от сателитния център Jiuquan в пустинята Гоби с помощта на ракета носител Long March 2D в орбита на височина 500 km .

Сателитът е наречен "Мо Дзъ" в чест на древния китайски философ от 5-ти век пр. н. е., основателят на моизма (доктрината за универсалната любов и държавната консеквенциалност). В продължение на няколко века в Китай мохизмът успешно се конкурира с конфуцианството, докато последното не бъде прието като държавна идеология.

Мисията Mozi се поддържа от три наземни станции: Delinghe (провинция Qinghai), Nanshan в Urumqi (Xinjiang) и обсерваторията GaoMeiGu (GMG) в Lijiang (провинция Yunnan). Разстоянието между Delinghe и Lijian е 1203 km. Разстоянието между орбиталния сателит и тези наземни станции варира от 500-2000 км.

Тъй като заплетените фотони не могат просто да бъдат „усилени“ като класическите сигнали, трябваше да се разработят нови техники за намаляване на затихването в предавателните връзки между Земята и сателитите. За да се постигне необходимата комуникационна ефективност, беше необходимо едновременно да се постигне минимална дивергенция на лъча и високоскоростно и високопрецизно насочване към детекторите.

След като разработиха ултрасветлинен космически източник на двуфотонно заплитане и високопрецизна APT (придобиване, насочване и проследяване) технология, екипът установи „квантово свързване“ между двойки фотони, разделени от 1203 км, учените проведоха т.нар. Тест на Bell за тестване на нарушения на локалността (способността за незабавно влияние върху състоянието на отдалечени частици) и получен резултат със статистическа значимост от четири сигма (стандартни отклонения).

Диаграма на фотонния източник на сателита. Дебелината на кристала KTiOPO4 (PPKTP) е 15 mm. Двойка вдлъбнати огледала извън оста фокусира лазера на помпата (PL) в центъра на кристала PPKTP. Изходът на интерферометър Sagnac използва две дихроматични огледала (DM) и филтри за отделяне на сигнални фотони от лазера на помпата. Две допълнителни огледала (PI), дистанционно управлявани от земята, се използват за фино регулиране на посоката на лъча за оптимална ефективност на събиране на лъча. QWP - четвърт вълнов фазов участък; HWP - полувълнова фазова секция; PBS - поляризационен разделител на лъча.

В сравнение с предишните методи, използващи най-често срещаните комерсиални телекомуникационни влакна, ефективността на сателитната връзка е с много порядъци по-висока, което според авторите на изследването отваря пътя към практически приложения, недостъпни преди на Земята.