Учені телепортували фотони в умовах міста

Канадські вчені домоглися телепортації фотонів на 6,2 км, а їхні колеги з Шанхая – на 14,7 км в умовах сучасного мегаполісу.

Про це повідомляє сайт N+1 із посиланням на журнал Nature Photonics, передає Politeka.

Опанування технологіями телепортації квантового стану частинок на великі відстані призведе до створення комунікаційних мереж нового типу, високошвидкісних і майже недоступних для злому.

Технології телепортації базуються на явищі квантової заплутаності, при якому стан двох (або більшої кількості) частинок стають взаємозалежними. Будь-які зміни, що відбуваються з частинкою, моментально позначаються на всіх інших, “поплутаних” із нею. Щоб телепортувати фотон 1 каналом квантового зв’язку, одержувачу сигналу (традиційно його називають Боб) потрібно заздалегідь підготувати пару поплутаних фотонів 2 і 3, і передати один із них відправникові (Алісі). В Аліси виявляється два фотона (1 і 3), і вона вимірює їхній квантовий стан, передаючи результат Бобу звичайним каналом зв’язку. Вимірювання, проведені Алісою над фотоном 3, позначились на сплутаному з нею фотоні 2, що залишився в Боба. Це дозволяє Бобу відновити початковий стан фотона 1.

На практиці подібна система зазвичай організовується так, що фотон 2 у Боба набуває ту ж поляризацію, яку мав початковий фотон 1 Аліси. При цьому сам фотон 1 руйнується, а в Боба виявляється фотон, ідентичний йому. На жаль, купа технічних проблем поки що ускладнюють збереження заплутаного стану частинок протягом надто тривалого часу, а також їхню передачу.

Уперше такі експерименти успішно провели в 1997 році, коли фотон вдалося телепортувати на кілька міліметрів. У 2012 році австрійські фізики зуміли збільшити цю відстань до більш ніж 143 км, продемонструвавши систему квантового зв’язку між парою островів Канарського архіпелагу.

Команда Вольфганга Тіттеля (Wolfgang Tittel) з Університету Калгарі домоглася телепортації на 6,2 км, використовуючи для роботи звичайні оптоволоконні лінії міського зв’язку. Одночасно з ними група Цзянь-Вей Паня (Jian-Wei Pan) із Науково-технічного університету Китаю провела аналогічні експерименти в Хефей. “Пропускна здатність” каналу в канадців опинилася вище (17 фотонів на хвилину), зате їхні китайські колеги домоглися 50-відсоткової надійності зв’язку, тоді як у Калгарі успішно передали і прочитали результат лише приблизно для чверті переданих фотонів.

Оглядачі одноголосно оголосили ці результати проривом набагато важливішим, ніж експерименти на Канарських островах, проведені за допомогою потужних лазерів. Звичайні лінії зв’язку схильні до дії температурного шуму, що спричинює постійні мікроскопічні зміни довжини кабелю. На роботі традиційних систем зв’язку це не позначається, проте для створення квантового каналу Тіттелю, Паню та їхнім колегам довелося вирішити низку складних технічних проблем, компенсуючи ці коливання.

Раніше фізики з американського Національного інституту стандартів і технологій (NIST) продемонстрували успішну телепортацію через оптоволокно більш ніж на 100 км, але робота проводилася з використанням спеціальної лінії зв’язку, і успішно передати вдавалося лише близько 1 відсотка фотонів.

Як раніше повідомляла Politeka, фізикам на порядок вдалося “знизити” швидкість світла.