MOSCOVA, 12 iulie - RIA Novosti. Fizicienii din Shanghai au anunțat succesul primei teleportari cuantice „spațiale”, transferând informații despre starea unei particule de pe satelitul cuantic Mo Tzu către o stație de urmărire pe Pământ, potrivit unui articol postat în biblioteca electronică arXiv.org

"Anunțăm prima teleportare cuantică a unor fotoni unici de la un observator de pe Pământ către un satelit pe orbită joasă a Pământului, la 1.400 de kilometri distanță de acesta. Implementarea cu succes a acestei sarcini deschide calea către teleportarea cu rază ultra-lungă și este prima pas spre crearea unui Internet cuantic”, scrie Jian -Wei Pan (Jian-Wei Pan) de la Universitatea din Shanghai și colegii săi.

Fenomenul întanglementării cuantice stă la baza tehnologiilor cuantice moderne. Acest fenomen, în special, joacă un rol important în sistemele de comunicații cuantice securizate - astfel de sisteme elimină complet posibilitatea „interceptării” neobservate datorită faptului că legile mecanicii cuantice interzic „clonarea” stării particulelor de lumină. În prezent, sistemele de comunicații cuantice sunt dezvoltate activ în Europa, China și SUA.

În ultimii ani, oamenii de știință din Rusia și din țări străine au creat zeci de sisteme de comunicații cuantice, ale căror noduri pot face schimb de date pe distanțe destul de mari, în valoare de aproximativ 200-300 de kilometri. Toate încercările de a extinde aceste rețele la nivel internațional și intercontinental au întâmpinat dificultăți insurmontabile legate de modul în care lumina se estompează pe măsură ce călătorește prin fibra optică.

Din acest motiv, multe echipe de oameni de știință se gândesc la mutarea sistemelor de comunicații cuantice la nivel „cosmic”, schimbând informații prin satelit, permițându-le să restabilească sau să întărească „conexiunea invizibilă” dintre fotonii încâlciți. Prima navă spațială de acest fel este deja prezentă pe orbită - este satelitul chinezesc Mo Tzu, lansat în spațiu în august 2016.

În această săptămână, Pan și colegii săi au descris primele experimente de teleportare cuantică de succes efectuate la bordul navei Mo-Zu și la o stație de comunicații din orașul Ngari din Tibet, construită la o altitudine de patru kilometri pentru a face schimb de informații cu primul satelit cuantic. .

Teleportarea cuantică a fost descrisă pentru prima dată la nivel teoretic în 1993 de un grup de fizicieni condus de Charles Bennett. Conform ideii lor, atomii sau fotonii pot face schimb de informații la orice distanță dacă ar fi „încurcați” la nivel cuantic.

Pentru a realiza acest proces, este necesar un canal de comunicare obișnuit, fără de care nu putem citi starea particulelor încurcate, motiv pentru care o astfel de „teleportare” nu poate fi folosită pentru a transmite date pe distanțe astronomice. În ciuda acestei limitări, teleportarea cuantică este extrem de interesantă pentru fizicieni și ingineri, deoarece poate fi folosită pentru transmisia de date în computere cuantice și pentru criptarea datelor.

Ghidați de această idee, oamenii de știință au încurcat două perechi de fotoni într-un laborator din Ngari și au transferat una dintre cele patru particule „încurcate” la bordul navei Mo-Dza folosind un laser. Satelitul a măsurat simultan starea atât a acestei particule, cât și a altui foton, care se afla la bord în acel moment, drept urmare informațiile despre proprietățile celei de-a doua particule au fost instantaneu „teleportate” pe Pământ, schimbând modul în care „solul” fotonul, confundat cu prima, particulă comportată.

În total, după cum spun fizicienii chinezi, ei au reușit să „încurce” și să teleporteze peste 900 de fotoni, ceea ce a confirmat corectitudinea lucrării „Mo-Zu” și a demonstrat că teleportarea cuantică „orbitală” bidirecțională este posibilă în principiu. Într-un mod similar, după cum observă oamenii de știință, este posibil să se transmită nu numai fotoni, ci și qubiți, celule de memorie ale unui computer cuantic și alte obiecte ale lumii cuantice.

Numeroase blockbuster-uri din ultimii ani, majoritatea adaptări cinematografice ale benzilor desenate, au implantat ferm imaginea unui super-erou în conștiința oamenilor moderni. Un super-erou este cel mai adesea o persoană cu aspect obișnuit, care are puteri supranaturale și este adesea forțată din această cauză să ducă un stil de viață secret. Aceste filme sunt atât de populare, colorate și numeroase încât pentru unii oameni conceptul de „super-erou” a devenit obișnuit. Ideea realității unor astfel de eroi vizitează oamenii din ce în ce mai des - de aceea apar și sunt foarte populare povești precum teleportarea în China.

Superman pe șosea

În toamna lui 2012, unul dintre principalele hituri ale World Wide Web a fost un videoclip care ar fi arătat mai mult decât teleportarea. persoană, ci o teleportare foarte dramatică a două persoane deodată. Videoclipul postat pe site-ul de găzduire video YouTube are aproximativ un minut și arată ca înregistrări de la o cameră de supraveghere stradală. Ora evenimentelor, judecând după cronometrarea din colțul din stânga sus, este imediat după miezul nopții pe 9 mai 2012. Locația evenimentelor este una dintre intersecțiile urbane sau suburbane ale Chinei. Sunt trei personaje principale. Primul este un șofer de camion cu o dubă albă, al doilea este un biciclist. Al treilea este un străin misterios a cărui față nu este vizibilă din cauza glugăi sale late. În ceea ce privește fizicul, acest tânăr clar ar putea fi fie un băiat, fie o fată.

Evenimentele din videoclip se desfășoară după cum urmează. După ce au trecut mai multe mașini, în fundal apare un camion care ia treptat viteză. Pe măsură ce se apropie, dintr-o zonă întunecată de pe drumul lateral din stânga apare un biciclist. Traiectoriile și vitezele camionului și ale biciclistului sunt de așa natură încât o coliziune pare inevitabilă, iar consecințele pentru șoferul unui vehicul mai ușor promit să fie fatale. Dar aici, în zona întunecată din dreapta a ecranului, se remarcă o mișcare: o siluetă rapidă neclară se apropie de locul coliziunii iminente. În ultimul moment, silueta se conturează mai clar și privitorul vede un bărbat care îl apucă pe biciclist aproape de sub roțile mașinii. După aceasta, străinul, biciclistul și bicicleta dispar literalmente, iar camionul începe să frâneze. Mașina nu s-a oprit încă complet când un grup de două persoane și o bicicletă apare în partea dreaptă a ecranului, tocmai pe porțiunea iluminată a drumului. Străinul îi dă drumul omului salvat, în timp ce mâinile lui strălucesc puternic. Își aruncă gluga peste cap și iese repede din drum. În acest moment, biciclistul vădit șocat se așează epuizat pe bordură, iar un șofer de camion iese și nu găsește nimic pe carosabil.

Este ușor să-i înșeli pe cei care sunt fericiți să fie înșelați

Teleportarea unei persoane în China, înregistrată în special pe video și, în plus, în astfel de circumstanțe cinematografice, a devenit foarte repede cunoscută și a câștigat milioane de vizualizări pe găzduirea video. Imediat, au început discuții aprinse despre dacă videoclipul este real sau dacă a fost o farsă a unor specialiști în efecte vizuale. Este curios că au fost destul de mulți susținători ai realității teleportării observate pe platou. Chiar și „fan fiction” originală a apărut imediat - au început să fie inventate povești menite să creeze povestea unui super-erou feminin (genul feminin al personajului părea mai intrigant și mai impresionant pentru majoritatea publicului), pentru a dezvălui motivele care au determinat-o să o ascundă. superputeri și altele asemenea.

Dar au existat, de asemenea, o mulțime de critici sceptici și au spart literalmente videoclipul până în oase. Au fost date multe argumente raționale în favoarea faptului că intriga este pusă în scenă, poartă urme evidente ale utilizării software-ului pentru conversia materialului video și are, de asemenea, defecte logice evidente. În primul rând, însăși apariția unui accident cu potențial mortal a fost alarmantă: contrar de obicei, camionul, la apropierea de intersecție, a început să ia viteză mai degrabă decât să încetinească, parcă ar crea condițiile pentru o scenă dramatică. Suspicioasă este și suspiciunea biciclistului: a mers surprinzător de calm direct sub roți, fără a schimba viteza și fără să întoarcă măcar capul la traversarea drumului principal, unde ar trebui să cedeze prioritate traficului. Nu totul este în regulă cu șoferul camionului - filmările arată clar că bărbatul care a coborât din cabină poartă un tricou sau cămașă alb strălucitor. Dar într-o cabină destul de bine luminată în timpul frânării, nu numai că nu se vede nimic luminos, ci șoferul nu este deloc vizibil acolo.

În ceea ce privește bărbatul misterios cu capacitatea de a se teleporta și de a se teleporta pe alții, el nu este, de asemenea, atât de „pur”. În primul rând, există urme evidente de editare video în „urma sa de energie” în timpul cursei sale super-rapide pe drum. Silueta lui în momentul apucării biciclistului este foarte clară, în timp ce silueta neclară a mișcării sale rămâne încă. În al doilea rând, alegerea punctului final de teleportare pare foarte ciudat. Legile geometriei, fizicii și pur și simplu logica spun că cel mai simplu și mai natural lucru ar fi ca ciclistul salvat să se miște în direcția mișcării străinului - adică în partea stângă a ecranului, departe de drum. Dar teleportarea are loc cu un vector invers, la dreapta - se dovedește că străinul a făcut un fel de buclă în timpul teleportării, care nu are nicio explicație. În al doilea rând, se strecoară o îndoială vagă în sensul că apariția a doi oameni care se teleportează și a unei biciclete pe partea dreaptă a drumului se explică, ca să spunem așa, prin necesitatea scenică. Această parte este cea mai iluminată din întreaga scenă, așa că este cea mai potrivită pentru realizarea celei mai mari drame, pentru observarea stării de șoc a celui salvat, a mâinilor luminoase ale salvatorului și a retragerii sale în întuneric. Totalitatea tuturor acestor observații și raționament duce la concluzia că această teleportare este destul de creativă, dar totuși o farsă.

Alexandru Babitsky

MOSCOVA, 12 iulie - RIA Novosti. Fizicienii din Shanghai au anunțat succesul primei teleportari cuantice „spațiale”, transferând informații despre starea unei particule de pe satelitul cuantic Mo Tzu către o stație de urmărire pe Pământ, potrivit unui articol postat în biblioteca electronică arXiv.org

"Anunțăm prima teleportare cuantică a unor fotoni unici de la un observator de pe Pământ către un satelit pe orbită joasă a Pământului, la 1.400 de kilometri distanță de acesta. Implementarea cu succes a acestei sarcini deschide calea către teleportarea cu rază ultra-lungă și este prima pas spre crearea unui Internet cuantic”, scrie Jian -Wei Pan (Jian-Wei Pan) de la Universitatea din Shanghai și colegii săi.

Fenomenul întanglementării cuantice stă la baza tehnologiilor cuantice moderne. Acest fenomen, în special, joacă un rol important în sistemele de comunicații cuantice securizate - astfel de sisteme elimină complet posibilitatea „interceptării” neobservate datorită faptului că legile mecanicii cuantice interzic „clonarea” stării particulelor de lumină. În prezent, sistemele de comunicații cuantice sunt dezvoltate activ în Europa, China și SUA.

În ultimii ani, oamenii de știință din Rusia și din țări străine au creat zeci de sisteme de comunicații cuantice, ale căror noduri pot face schimb de date pe distanțe destul de mari, în valoare de aproximativ 200-300 de kilometri. Toate încercările de a extinde aceste rețele la nivel internațional și intercontinental au întâmpinat dificultăți insurmontabile legate de modul în care lumina se estompează pe măsură ce călătorește prin fibra optică.

Din acest motiv, multe echipe de oameni de știință se gândesc la mutarea sistemelor de comunicații cuantice la nivel „cosmic”, schimbând informații prin satelit, permițându-le să restabilească sau să întărească „conexiunea invizibilă” dintre fotonii încâlciți. Prima navă spațială de acest fel este deja prezentă pe orbită - este satelitul chinezesc Mo Tzu, lansat în spațiu în august 2016.

În această săptămână, Pan și colegii săi au descris primele experimente de teleportare cuantică de succes efectuate la bordul navei Mo-Zu și la o stație de comunicații din orașul Ngari din Tibet, construită la o altitudine de patru kilometri pentru a face schimb de informații cu primul satelit cuantic. .

Teleportarea cuantică a fost descrisă pentru prima dată la nivel teoretic în 1993 de un grup de fizicieni condus de Charles Bennett. Conform ideii lor, atomii sau fotonii pot face schimb de informații la orice distanță dacă ar fi „încurcați” la nivel cuantic.

Pentru a realiza acest proces, este necesar un canal de comunicare obișnuit, fără de care nu putem citi starea particulelor încurcate, motiv pentru care o astfel de „teleportare” nu poate fi folosită pentru a transmite date pe distanțe astronomice. În ciuda acestei limitări, teleportarea cuantică este extrem de interesantă pentru fizicieni și ingineri, deoarece poate fi folosită pentru transmisia de date în computere cuantice și pentru criptarea datelor.

Ghidați de această idee, oamenii de știință au încurcat două perechi de fotoni într-un laborator din Ngari și au transferat una dintre cele patru particule „încurcate” la bordul navei Mo-Dza folosind un laser. Satelitul a măsurat simultan starea atât a acestei particule, cât și a altui foton, care se afla la bord în acel moment, drept urmare informațiile despre proprietățile celei de-a doua particule au fost instantaneu „teleportate” pe Pământ, schimbând modul în care „solul” fotonul, confundat cu prima, particulă comportată.

În total, după cum spun fizicienii chinezi, ei au reușit să „încurce” și să teleporteze peste 900 de fotoni, ceea ce a confirmat corectitudinea lucrării „Mo-Zu” și a demonstrat că teleportarea cuantică „orbitală” bidirecțională este posibilă în principiu. Într-un mod similar, după cum observă oamenii de știință, este posibil să se transmită nu numai fotoni, ci și qubiți, celule de memorie ale unui computer cuantic și alte obiecte ale lumii cuantice.

Cu ani în urmă, Albert Einstein a numit întricarea cuantică „acțiune înfricoșătoare la distanță”. Acesta este un concept cu adevărat contraintuitiv, care la prima vedere sfidează bunul simț. Două obiecte pot fi la o distanță mare unul de celălalt, dar mențin o „conexiune” unul cu celălalt prin stările lor cuantice. Distrugând starea unui obiect (măsurându-l), aflăm astfel starea obiectului încurcat cu el, indiferent la ce distanță s-ar afla. Adică, starea cuantică a primului obiect în momentul măsurării, parcă, trece la al doilea obiect; aceasta se numește, în mod figurat, teleportare cuantică.

Acum, un grup de fizicieni chinezi a efectuat, pentru prima dată în lume, teleportarea cuantică a unui obiect de pe Pământ pe orbită. Rezultatele experimentului „acțiune înfricoșătoare la distanță” au fost publicate pe 4 iulie 2017 pe site-ul web de preprint arXiv.org (arXiv:1707.00934).

În special pentru acest experiment, chinezii au lansat anul trecut satelitul științific Micius pe o orbită sincronă cu soarele. În fiecare zi trece peste același punct de pe Pământ în același timp, ceea ce face posibilă pregătirea cu atenție a experimentului și efectuarea acestuia în orice moment în condiții constante și, de asemenea, repetarea, dacă este necesar, în aceleași condiții. Satelitul Micius este echipat cu un detector de fotoni foarte sensibil și cu echipamente pentru a determina starea cuantică a fotonilor individuali trimiși de pe Pământ.

În timpul experimentului, teleportarea cuantică a fost efectuată cu diferite grade de fiabilitate (vezi diagrama) la o distanță de 500-1400 km de la transmițător la satelit, ceea ce reprezintă un nou record mondial pentru gama de teleportare cuantică. Anterior, astfel de experimente se desfășurau numai pe Pământ, iar distanța maximă pentru a testa încrucișarea cuantică a fost de aproximativ 100 km. În vid, fotonii sunt transmisi mai fiabil, reacţionează mai puţin cu obiectele din jur şi reţin mai bine încurcarea.


Stația Ngari cu transmițătorul pentru experiment a fost construită în munții Tibetului la o altitudine de peste 4000 m. Stația a generat perechi de fotoni încâlciți cu o viteză de 4000 pe secundă. Jumătate dintre ei au fost trimiși la o stație orbitală și acolo au verificat dacă încrucișarea cuantică a fost păstrată după transmitere. A doua jumătate a fotonilor a rămas pe Pământ.

Pentru a îmbunătăți calitatea transmisiei, cercetătorii au dezvoltat o serie de tehnici inovatoare și instrumente speciale, inclusiv o sursă compactă de încrucișare multifotoni ultraluminoasă, echipamente pentru reducerea divergenței fasciculului și un APT de mare viteză și de înaltă precizie (achiziție, îndreptare, urmărire) sistem.

Măsurătorile au arătat că unii fotoni, la sosirea pe satelit, au rămas de fapt încurși cu „partenerii” lor terestre. În special, peste 32 de zile de transmisie, din câteva milioane de fotoni trimiși, au rămas încurcate 911. Precizia transmisiei a fost de 0,80 ± 0,01, ceea ce depășește semnificativ limita clasică (vezi diagrama de mai jos).

Fotonii cu stări cuantice identice sunt fotoni identici din punct de vedere fizic. Astfel, se poate afirma că, pentru prima dată în istorie, oamenii de știință au teleportat un obiect de pe suprafața Pământului pe orbită. Ei bine, într-un sens practic, acesta este primul uplink de lucru pentru transmiterea fiabilă a informațiilor cuantice pe distanțe foarte mari - de la Pământ la un satelit. Autorii cred că acesta este un pas important către crearea unui internet cuantic la scară globală.

Teoretic, nu există o limită de distanță maximă pentru măsurarea încurcăturii, adică teleportarea cuantică. În practică, starea cuantică a fotonilor este foarte fragilă și este distrusă ca urmare a reacției cu mediul înconjurător, de aceea este foarte important să se dezvolte tehnologii de transmitere fiabilă a fotonilor încurși pe distanțe lungi.

Teleportarea cuantică ar putea găsi aplicații într-o varietate de domenii: „Teleportarea pe distanțe lungi este considerată un element fundamental în protocoale precum rețelele cuantice la scară largă și calculul cuantic distribuit”, scrie un grup de oameni de știință chinezi în rezumatul lucrării științifice. - Pentru a crea un „Internet cuantic” la scară globală, este necesară extinderea semnificativă a distanței de transmitere a informațiilor. O tehnologie promițătoare pentru aceasta este utilizarea unei platforme prin satelit și a unei legături de comunicație prin satelit, care pot lega convenabil două puncte situate la distanță de pe Pământ, cu o pierdere relativ mică de semnal, deoarece fotonii călătoresc în cea mai mare parte a drumului în vid.

Acum va fi dificil pentru alte țări să doboare recordul Chinei pentru raza de acțiune cuantică de teleportare, deoarece nici Uniunea Europeană, nici Statele Unite nu au planificat să lanseze sateliți cu fotodetectoare special pentru un astfel de experiment în spațiu și să mențină încrucișarea cuantică pe Pământ într-o distanță de 1.400 km. fibra optică lungă este incredibil de dificilă.

Sistem de pregătire a stărilor încurcate și a stărilor transmise pentru teleportare

Echipa de misiune QUESS Quantum Communications Satellite (alias Mo Tzu) a raportat primele succese în teleportarea fotonilor de pe suprafața Pământului pe orbită. Ca parte a unui experiment de o lună, fizicienii au reușit să teleporteze 911 fotoni pe o distanță de 500 până la 1.400 de kilometri. Acestea sunt distanțe record pentru teleportarea cuantică. Un preprint al studiului a fost publicat pe serverul arXiv.org, iar MIT Technology Review a raportat pe scurt despre acesta.

Teleportarea cuantică implică transferul stării cuantice a unei particule la o altă particulă fără a transfera direct prima particulă în spațiu. Pentru a teleporta, de exemplu, polarizarea unui foton ar necesita o pereche de particule cuantice încurcate. Una dintre particulele încurcate trebuie păstrată de emițătorul stării cuantice, iar a doua de către destinatar. Emițătorul face apoi o măsurătoare simultan asupra particulei transmise și a uneia dintre particulele perechii încurcate. Încheierea cuantică este proiectată în așa fel încât două particule se comportă ca un singur sistem - particula încurcată de la destinatar simte că a fost luată o măsurătoare cu perechea sa și își schimbă starea. Cunoscând rezultatul măsurării din partea expeditorului (poate fi trimis printr-un canal obișnuit), puteți primi o copie exactă a particulei trimise - direct de la destinatar. Puteți citi mai multe despre acest lucru în materialul nostru despre alfabetul cuantic: „”.

Anterior, distanța pentru teleportare era limitată la zeci de kilometri - în 2012, fizicienii austrieci teleportau state fotonice între La Palma și Tenerife (143 de kilometri). Noua lucrare depășește acest reper și îl îmbunătățește de mai multe ori.

Una dintre principalele probleme ale teleportarii - distribuția fotonilor încurcați între emițător (pe Pământ) și destinatar (satelit) - a fost deja rezolvată de fizicieni. Lucrarea privind crearea unei perechi încâlcite separate de 1200 de kilometri a fost publicată în urmă cu o lună în revistă Ştiinţă. Folosind aceste perechi, tot ce a rămas a fost să demonstreze experimental teleportarea în sine.

Design experimental

Ji-Gang Ren și colab. / arXiv.org, 2017

În noua lucrare, autorii au folosit un generator de fotoni încâlciți instalat nu pe un satelit, ci pe Pământ, la Observatorul Ngari (Tibet). A creat peste patru mii de perechi încurcate pe secundă, câte un foton din fiecare fiind trimis de un fascicul laser către un satelit care zbura deasupra generatorului în fiecare miezul nopții. În primul rând, oamenii de știință au arătat că încâlcirea cuantică persistă între Pământ și satelit, iar apoi au teleportat polarizarea unui foton. În realitate, pentru a testa în mod fiabil teleportarea, oamenii de știință trebuiau să creeze nu una, ci două perechi de fotoni încâlciți.

Cele mai mari pierderi au fost asociate cu turbulența și eterogenitatea atmosferei Pământului. Aceste efecte duc la o lărgire a fasciculului de fotoni încâlciți și la împrăștierea lor - ceea ce înseamnă că mai puține particule ajung la satelit.

În total, 911 particule au fost teleportate cu succes - iar pe parcursul întregului experiment au fost pregătite și transmise milioane de perechi de fotoni. Autorii notează că precizia teleportarii ajunge la 80%, iar pierderile variază de la 41 la 52 de decibeli (un foton la 100 de mii de muște). Dacă transmiteți un semnal similar pe o fibră optică de 1200 de kilometri cu un nivel de pierdere de 0,2 decibeli pe kilometru, atunci transmiterea chiar și a unui foton va dura de 20 de ori mai mult decât durata de viață a Universului.

Teleportarea cuantică este una dintre tehnicile importante de transmisie a datelor în telecomunicațiile cuantice. Este necesar atunci când se dezvoltă un „Internet cuantic” global cu canale de comunicare ideal protejate (la nivelul legilor fizice care interzic clonarea stărilor cuantice). Anul trecut, protocoale de teleportare cuantică pentru fizică pe liniile urbane de fibră optică.

Vladimir Korolev