Миналия месец се случиха две интересни разработки в областта на квантовите технологии наведнъж: китайски учени телепортираха фотони светлина от наземна станция до космически спътник и в Москва се проведе годишна конференция на водещи експерти по квантова физика. Business Insider успя да залови д-р Юджийн Ползик от Института Нилс Бор, един от водещите експерти в квантовата телепортация, и го разпита по различни въпроси, включително изключителния успех на китайските му колеги.
„Телепортации от този вид се извършват в лабораторни условия от 1997 г., но китайските учени са успели да постигнат този невероятен технологичен ефект на голямо разстояние“, каза Ползик.
През 2012 г. екип от европейски учени успешно телепортира фотони между двата Канарски острова. Разстоянието между предавателните и приемащите устройства беше 141 километра. Китайски изследователи успяха да счупят този рекорд през юли, когато успешно телепортираха фотони на разстояние 500 километра.
Отдавна сме мечтали за подобна технология от Star Trek, въпреки че нашата интуиция винаги е казвала, че телепортацията по принцип е невъзможна. Физиката на нашия реален свят, в който живеем всеки ден, почти не прилича на физиката на квантовия свят. Тук законите на падащия камък от лицето на скалата и управляващи електрони и отделни фотони светлина са напълно различни от това, което сме свикнали да виждаме. Следователно в такъв странен свят е възможно почти всичко, включително телепортацията. Как да разбера всичко това? Започваме с квантово заплитане.
Какво представлява квантовото заплитане?
Понякога две квантови частици са огледално свързани. Каквото и да се случи с една от тези частици, същото ще се случи и с другата. Дори да са разделени от големи разстояния. Те все още са два отделни обекта, но са идентични във всичко. Когато две частици споделят своите състояния, такива частици се наричат заплетени.
„Да предположим, че съм създал двойка заплетени фотони“, обяснява Ползик.
Промоционално видео:
„Задържам единия и изпращам другия с лазер до орбитален космически спътник, надявайки се, че фотонът ще достигне целта си. Телепортацията може да се счита за успешна само когато състоянието на двуфотонно заплитане е разделено между предаващата и приемащата станции."
Основната техническа трудност на процеса на телепортация се крие в пренасянето на фотон на определено разстояние от заплетената частица партньор. В случая с китайския експеримент, един фотон е бил в лаборатория на Земята, а вторият е бил изпратен успешно на орбитален спътник. Промените, настъпили с фотона на Земята като част от манипулациите на учените, са засегнали и фотона в космоса - това е квантовата телепортация в чистия си вид.
Как да разберем дали сателитът е получил желания фотон, а не някаква произволна частица светлина?
Това е относително лесно да се направи, благодарение на процес, наречен спектрално филтриране. Той позволява на учените да идентифицират и проследяват отделни фотони светлина, като ги маркират с уникален идентификационен номер.
„Знаете честотата на фотона, който изпращате, знаете неговата насоченост. Сателитът е насочен към източника на изпращане, разположен на Земята. Ако имате много добро оптично оборудване от двете страни, тогава тази оптика вижда само източника и нищо друго “, продължава Ползик.
Методът на спектрално филтриране е безразличен към „шума“под формата на други фотони. Например при същия експеримент на Канарските острови предаването е извършено под ясно слънчево небе.
Имаше прехвърляне на милиони фотони към спътника, но само 900 стигнаха до местоназначението. Защо?
Колкото по-нататък се опитвате да изпратите заплетения фотон, толкова по-малко ефективен става този процес. Нещо повече, земната атмосфера е в постоянно движение, така че загубата на фотони по пътя им в космоса е лесна.
„Дори и да няма атмосфера, пак трябва да фокусирате лъча светлина, така че да е насочен към спътника. Ако осветявате лазерен показалец на дланта си, светлинната точка ще бъде малка, но ако просто премахнете лазера, точката става по-голяма - това е законът на дифракцията “, казва Ползик.
От земята е доста трудно светлината да пробие в космоса (до оптичен приемник, инсталиран на орбитален спътник). Изкривява много, така че повечето фотони просто не отиват никъде.
„Успешното телепортиране може да бъде постигнато само за много кратък период от време. В общ смисъл това е много непрактично, но въпреки това могат да се намерят начини за използване на тази технология “, продължава Ползик.
Квантовата телепортация възможността за незабавен трансфер ли е?
Не точно. Телепортативните обекти не изчезват и след това се появяват на друго място. Учените използват заплитане, за да прехвърлят информация за квантовото състояние на един фотон в друг. Без тази информация фотонът ще трябва физически да покрие цялото разстояние между предавателя и приемника. Отново информацията не се предава незабавно. Това е възможно само когато подателят измерва квантовото състояние на своя фотон, като по този начин променя състоянието на фотона в приемника. Поради квантовото заплитане по същество един фотон "се превръща" в друг фотон.
И така, за какво е всичко това?
Квантовата телепортация е в състояние да докаже концепцията за възможността за създаване на ултрасигурна световна комуникационна мрежа. Подобно на ключ, който отваря ключалка, съобщение, предадено по квантова мрежа, ще достигне само до адресата, който притежава правилно заплетения фотон, което ще позволи това съобщение да бъде получено и прочетено.
Веднъж Алберт Айнщайн нарече квантовото заплитане „призрачно действие на далечни разстояния“, но това действие на дълги разстояния е основният компонент, който кара всичко да работи. И един ден той може да се превърне в двигател на нашата сигурна комуникация в бъдеще.
Николай Хижняк