Китайски учени са успели да предадат заплетени фотони от сателит до три станции на Земята, където частиците продължават да поддържат квантова връзка, въпреки че са на разстояние повече от 1200 км. Досега рекордът за разпределение на квантовото заплитане беше около 100 км.

заплетени

От сателит китайски учени са успели да доставят заплетени фотони до три наземни станции, разделени на повече от 1000 км./Хуан Ин и др./Наука

Изследователи от Университета за наука и технологии на Китай и Академията на науките на тази страна са успели чрез сателит да разпространят двойки заплетени фотони на повече от 1200 км. Авансът, с потенциални бъдещи приложения в суперзащитени квантови комуникации, е публикуван тази седмица в списание Science.

Към днешна дата всички усилия за заплитане на частици, начин за квантовото им „свързване“ на разстояние, са ограничени до около 100 км или по-малко, тъй като преплитането се губи, тъй като те се предават по оптични влакна или през земни открити пространства.

Към днешна дата всички усилия за заплитане на частици бяха ограничени до около 100 км

Един от начините, по които учените се опитват да преодолеят този проблем, е да прекъснат далекопровода на по-малки сегменти и многократно да обменят, пречистват и съхраняват квантовата информация по влакното.

Съществува обаче друг подход за постигане на квантови мрежи в световен мащаб с помощта на лазери и сателитни базирани технологии. Тази опция е тази, която сега успешно се използва от екипа на китайски учени, водени от изследователя Хуан Ин.

За своето изследване авторите са използвали спътника Micius или Mozi, кръстен на китайски философ и учен от 5 век пр.н.е. Космическият кораб стартира миналата година и е оборудван с високоспециализирани квантови технологии и инструменти.

Записвайте взаимно блокиращи се двойки на 1203 км

Сателитът е бил използван за комуникация с три наземни станции, разположени в различни части на Китай (Наншан в град Урумчи, Делинха в Цинхай и Обсерваторията на Гаомеигу в Лицзян). Последните две са разделени един от друг с разстояние от 1203 км, между които е поставен новият рекорд за квантово заплитане. От своя страна разстоянието между спътника в орбита и наземните станции варира между 500 и 2000 км.

„Тази работа показва, че е възможно да се получат заплетени двойки фотони на разстояния, никога не постигнати досега“, казва Есперанса Лопес, испански изследовател от Института по теоретична физика (IFT), който не е участвал в изследването, но е експерт по субектът, "и това се постига чрез излъчване на заплетени двойки от сателит, така че голяма част от тяхното разпространение се случва в много оскъдна среда, което минимизира взаимодействията, които могат да разрушат квантовата кохерентност".

Диаграма на заплитането на частици на големи разстояния от спътника и предавателните, приемащите и APT устройствата./Китайска академия на науките/Хуан Ин и др./Наука

Китайски учени подложиха лазерен лъч от спътника на разделител на лъча, като по този начин постигнаха две различни поляризирани състояния на лъча. Единият от „под лъчите“ е бил използван за предаване на заплетени фотони, докато другият е бил посветен на приемането на фотони. По този начин те успяха да доставят заплетени фотони до наземните станции, разделени на повече от 1000 км.

По-конкретно, чрез разработването на ултра-ярък двуфотонен космически източник на заплитане и високоточна технология „придобиване, насочване и проследяване“ (APT), екипът успя да установи заплитането между два отделни фотона, разделени от 1203 км между двете две станции по-далеч.

„Тази работа е чудесна стъпка за бъдещето на квантовите комуникации, както и за основни изследвания“, оценява експерт

„С внимателно експериментално устройство те успяха да установят така наречения тест на Бел (техника за откриване дали квантовите частици наистина са заплетени) върху заплетени двойки на разстояние 1200 км“, посочва изследователят на IFT.

Последици за квантовата телепортация и комуникация

Според авторите разпределението на квантово заплитане на големи разстояния, каквото е постигнатото сега, има важни последици за квантовата телепортация и комуникационните мрежи.

Телепортацията е уникална квантова технология, която позволява квантовото състояние да бъде прехвърлено на отдалечено място по произволен начин. За да се постигне това, се използва разпределено квантово състояние на заплитане, въпреки че се изисква и предаването на определена класическа информация.

Този тип телепортация не прехвърля енергия или материя, нито позволява комуникацията на информация със скорост, по-голяма от тази на светлината, но може да бъде много полезна при супер сигурни квантови изчисления и комуникации. „Като цяло тази работа представлява голяма стъпка, както за бъдещето на квантовите комуникации, така и за фундаментални изследвания“, заключава Есперанса Лопес.

Библиографска справка:

Хуан Ин и сътр. „Разпределение на спътниково заплитане над 1200 километра“. Наука, 16 юни 2017 г.

Квантово заплитане и телепортация за начинаещи

„Квантовото заплитане, основно свойство на квантовите системи, характеризира състоянията на съставните системи, при които измерването на някои от неговите компоненти влияе върху състоянието, в което се намират останалите“, обяснява Есперанса Лопес, изследовател в Института по теоретична физика (IFT, смесен център на автономния университет в Мадрид и CSIC). "Това е изненадващо свойство, тъй като при липса на други външни влияния се поддържа на произволно големи разстояния и се проявява мигновено, въпреки че компонентите на системата са много отдалечени. Това накара големите учени, включително Алберт Айнщайн, да предложат че квантовата физика не предоставя окончателното описание на микроскопската природа.Заглавен принос в тази дискусия даде ирландският физик Джон С. Бел, показващ, че може експериментално да се дискриминира дали квантовата механика трябва да бъде завършена с така наречените скрити променливи Основното свойство, което трябва да се използва, е точно квантовото заплитане ".