Ученые добились телепортации фотонов в условиях мегаполиса

Эксперименты смогли провести на обычных оптоволоконных линиях городской связи; обозреватели единогласно объявили результаты прорывом

Москва. 21 сентября. INTERFAX.RU - Канадские ученые добились телепортации фотонов на 6,2 км, а их коллеги из Шанхая — на 14,7 км, в условиях современного мегаполиса, сообщает сайт N+1 со ссылкой на журнал Nature Photonics.

Овладение технологиями телепортации квантового состояния частиц на большие расстояния обещает создание коммуникационных сетей нового типа, высокоскоростных и практически недоступных для взлома.

Технологии телепортации базируются на явлении квантовой запутанности, при котором состояния двух (или большего количества) частиц становятся взаимозависимы. Любые изменения, происходящие с частицей, моментально сказываются на всех остальных, "спутанных" с ней. Чтобы телепортировать фотон 1 по каналу квантовой связи, получателю сигнала (традиционно его называют Боб) требуется заранее подготовить пару спутанных фотонов 2 и 3, и передать один из них отправителю (Алисе). У Алисы оказывается два фотона (1 и 3), и она измеряет их квантовое состояние, передавая результат Бобу обычным каналом связи. Измерения, проведенные Алисой над фотоном 3, отразились на спутанном с ним фотоне 2, оставшемся у Боба. Это позволяет Бобу восстановить исходное состояние фотона 1.

На практике подобная система обычно организуется так, что фотон 2 у Боба приобретает ту же поляризацию, которую имел первоначальный фотон 1 Алисы. При этом сам фотон 1 разрушается, а у Боба оказывается фотон, идентичный ему. К сожалению, многочисленные технические проблемы пока что затрудняют сохранение запутанного состояния частиц в течение достаточного долгого времени, а также их передачу.

Начало экспериментов

Первые такие эксперименты были проведены в 1997 г., когда фотон удалось телепортировать на несколько миллиметров. В 2012 г. австрийские физики сумели увеличить это расстояние до более чем 143 км, продемонстрировав систему квантовой связи между парой островов Канарского архипелага.

Команда Вольфганга Титтеля (Wolfgang Tittel) из Университета Калгари добилась телепортации на 6,2 км, используя для работы обычные оптоволоконные линии городской связи. Одновременно с ними группа Цзянь-Вэй Паня (Jian-Wei Pan) из Научно-технического университета Китая провела аналогичные эксперименты в Хэфэе. "Пропускная способность" канала у канадцев оказалась выше (17 фотонов в минуту), зато их китайские коллеги добились 50-процентной надежности связи, тогда как в Калгари успешно передать и прочесть результат удавалось лишь примерно для четверти переданных фотонов.

Обозреватели единогласно объявили эти результаты прорывом гораздо более важным, чем эксперименты на Канарских островах, проведенные при помощи мощных лазеров. Обычные линии связи подвержены действию температурного шума, вызывающего постоянные микроскопические изменения длины кабеля. На работе традиционных систем связи это не сказывается, однако для создания квантового канала Титтелю, Паню и их коллегам пришлось решить ряд сложных технических проблем, компенсируя эти колебания.

Ранее физики из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) продемонстрировали успешную телепортацию по оптоволокну более чем на 100 км, но работа проводилась с использованием специальной линии связи, и успешно передать удавалось лишь около 1 процента фотонов.