Физики продемонстрировали коммуникацию без передачи частиц

Китайские физики смогли передать черно-белое изображение без обмена реальными или виртуальными частицами. Этот способ связи основан на корпускулярно-волновом дуализме квантовой физики и использует для передачи информации только фазу света, а не его интенсивность. Статья с результатами опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В квантовой механике возможна передача квантового состояния без привлечения частиц — контрфактическая коммуникация, но между объектами, участвующими в таком виде коммуникации, должен быть квантовый канал, то есть канал, допускающий небольшую вероятность прохождения через него квантовой частицы. Однако в этом случае систему нужно настраивать заново. Эта концепция являлась чисто теоретической, теперь же физики из Китая продемонстрировали ее на опыте.

Их схема работает благодаря квантовому парадоксу Зенона, который состоит в том, что, если за некоторой нестабильной квантовой системой часто наблюдать, она не распадается и получается эффективно «замороженной» в нестабильном состоянии. В смонтированной учеными установке два однофотонных детектора установлены на выходах последнего светоделителя из массива этих приборов. На основе квантового парадокса Зенона можно рассчитать, какой детектор сработает при пропускании фотона, при этом встроенные в установку интерферометры следят за состоянием системы, тем самым препятствуя ее изменению.

Работа устройства основана на том факте, что фотоны, как и любые квантовые частицы, можно полностью описать волной. Когда в установку запускается фотон, он может попасть на один из трех детекторов: D₀, D₁ и D_f. Если срабатывает один из первых двух, из этого можно получить информацию, третий служит для контроля непрохождения через квантовый канал, то есть если сработал он, то этот результат надо отбросить. После передачи всех битов, авторам удалось восстановить черно-белое изображение китайского узла.

По словам ученых, идея изначально пришла из технологий голографии. «В 1940-х появилась новая техника сохранения изображений, голография, в которой используется не только интенсивность света, но и его фаза. Не лишен смысла вопрос, можно ли использовать только фазу света для создания изображений? Ответ — да». Авторы отмечают, что работа не только представляет академический интерес для квантовых коммуникаций, но и имеет потенциальные приложения. Например, ее можно будет использовать для изучения древних артефактов, которые будут повреждены при непосредственном облучении ярким светом.