Квантовая телепортация: из фантастики в реальность

Слово «телепортация» знакомо нам скорее из научно-фантастических романов — однако ученые воплощают в жизнь любые мечты писателей. Кто впервые догадался о квантовой телепортации, для чего она нужна и как скоро мы сможем воспользоваться ее преимуществами, рассказывает Indicator.Ru

Что произошло?

Две группы исследователей из Китая и Канады в последнем номере журнала Nature Photonics опубликовали сообщения о том, что им независимо друг от друга удалось осуществить процесс квантовой телепортации через городские телекоммуникационные сети в городах Хэфэй и Калгари. В обоих случаях квантовая информация передавалась через стандартные оптоволоконные кабели на расстояниях в несколько километров, что доказывает принципиальную возможность вести в сетях «квантовые» переговоры. Ранее это считалось неосуществимым.

Что это такое?

Квантовая телепортация — это поведение двух связанных между собой частиц (например, фотонов, появившихся после одного и того же распада), во время которого изменение квантового состояния одной из них приводит к обязательному изменению в другой, причем независимо от разделяющего их расстояния. Об этом эффекте говорил еще Эйнштейн, пытаясь доказать Бору несостоятельность квантовой механики, но в результате открыл еще один квантовый парадокс. Разумеется, о реальной телепортации частиц с помощью такого эффекта речи не идет. Квантовую телепортацию можно применить для будущих квантовых компьютеров и квантовой криптографии, позволяющей двум «собеседникам» (их обычно называют Алиса и Боб) вести переговоры, которые невозможно подслушать.

Как реализовано на практике?

Начиная с конца 90-х годов прошлого века во многих лабораториях мира активно ведутся эксперименты по реализации эффекта квантовой телепортации (или «квантовой запутанности»), однако осуществить её через оптоволоконный кабель до сих пор пытались только один раз. Этот эксперимент провели в прошлом году физики Делфтского технологического университета (Нидерланды). Он показал, что существующими способами квантовая телепортация через сети может быть осуществлена лишь на небольшие расстояния (существенно меньше километра), поскольку ее сильно затрудняет меняющаяся передающая среда волоконной оптики. Это не ставит крест на возможности «квантовых» переговоров в сетях, но вносит изрядную долю сомнений в ее эффективность.

Чтобы рассеять такие сомнения и все-таки передать сигнал на дальние расстояния, китайские и канадские физики разработали несколько весьма сложных механизмов обратной связи и синхронизации. Главное их различие было в энергиях участвовавших в эксперименте фотонов, иначе говоря, в их частоте. Китайские исследователи использовали стандартную для оптоволоконных сетей длину волны в полтора микрона (1500 нм). Используемые ими протоколы могли обеспечить хорошую надежность передачи сигнала, однако их сложность позволяла обрабатывать этот сигнал со скоростью всего в несколько фотонов в час. Для практического использования этого слишком мало. Канадцы же, работая с фотонами другой длины волны – 795 нанометров, – сумели с помощью своих протоколов достичь скорости обработки сигнала, на два порядка превышающей китайскую (17 фотонов в минуту), однако при этом пострадала надежность передачи.

В целом результаты китайского и канадского экспериментов еще не позволяют квантовой телепортации «протиснуться» в городские сети. Однако главная изюминка этих результатов заключается лишь в том, что запрет на «протискивание» уже снят. Ученые не сомневаются, что эти два эксперимента дадут начало активным попыткам других научных групп присоединиться к исследованиям и сделать оптоволоконную среду более «уютной»для квантовой телепортации. Они не сомневаются, что уже в самое ближайшее время появятся более обнадеживающие результаты.

Автор – Григорий Колпаков