Квантовая передача информации станет надежнее

Российский и чешско-словацкий физики внесли предложение способ сохранения квантовой запутанности фотонов при прохождении усилителя либо передаче на громадное расстояние.

Квантовая запутанность либо сцепленность частиц – явление связи их квантовых черт. Она может появляться при рождении частиц в одном событии либо их сотрудничестве. Эта  сообщение может сберигаться, даже в том случае, если частицы расходятся на громадное расстояние, что разрешает передавать с их помощью данные. Дело в том, что в случае если измерить квантовые характеристики одной из связанных частиц, то машинально становятся известны и характеристики второй.

Эффект не имеет аналогов в хорошей физике. Он был экспериментально доказан в 1970 – 80-х годах, и его деятельно изучают в последние пара десятилетий. В возможности он может стать базой многих IT будущего.

Рисунок Д. Белла в рукописи его статьи 1980 года. Слева по-французски написано «Носки г-на Бертлмана и природа действительности». Над левой ногой написано: «розовый», над правой ногой: «не розовый».

Установка для изучения квантовой телепортации в Токийском университете. Визуализация процесса квантовой телепортации кубитов. Слева передатчик, справа приемник, между которыми посредством запутанных фотонов передается информация о квантовом состоянии кубитов.‹ ›

Забавную житейскую аналогию этого явления придумал один из его исследователей, физик Джон Белл. Его сотрудник Рейнгольд Бертлман страдал рассеянностью и довольно часто приходил на работу в носках различного цвета. Угадать эти цвета было нереально, но Белл шутил, что достаточно заметить розовый носок на левой ноге Бертлмана, дабы сделать вывод, что на правой ноге у него носок другого цвета, кроме того не видя его.

Одна из неприятностей применения на практике явления квантовой запутанности содержится в нарушении связи при  сотрудничестве частиц с окружающим миром. Такое может случиться при усилении сигнала либо при его передаче на громадное расстояние. Эти два фактора смогут функционировать и совместно, потому, что для передачи сигнала на громадное расстояние его нужно усиливать.

Исходя из этого фотоны по окончании прохождения через многие километры оптоволокна как правило перестают быть квантово запутанными и преобразовываются в простые, не связанные между собой кванты света. Дабы избежать разрушения связи в опытах по квантовым вычислениям, приходится применять охлаждение до родных к безотносительному нулю температур.

Физики Сергей Филиппов (МФТИ и Российский квантовый центр в Сколково) и Марио Зиман (Масариков университет в Брно, Чехия, и Физический университет в Братиславе, Словакия) нашли метод сохранить квантовую запутанность фотонов при прохождении через усилитель либо, наоборот, при передаче на громадное расстояние. Подробности размещены в статье (см. кроме этого препринт) для издания Physical Review A.

Сущность их предложения содержится в том, что для передачи сигналов определенного вида нужно, дабы «волновая функция частиц в координатном представлении не должна иметь вид гауссова волнового пакета». В этом случае возможность разрушения квантовой запутанности делается намного ниже.

Волновая функция – одно из базисных понятий квантовой механики. Она употребляется для описания состояния квантовой совокупности. В частности, явление квантовой запутанности описывается на базе представлений об неспециализированном состоянии связанных частиц с определенной волновой функцией.

В соответствии с копенгагенской интерпретацией квантовой механики физический суть волновой функции квантового объекта в координатном представлении содержится в том, что квадрат ее модуля определяет возможность найти объект в данной точке. С ее помощью возможно кроме этого получить данные об импульсе, энергии либо еще какой-либо физической величине объекта.

Гауссова функция — одна из наиболее значимых математических функций, отыскавшая использование не только в физике, но и во многих вторых науках впредь до экономики и социологии, имеющих дело с вероятностными событиями и применяющих статистические способы. Весьма многие процессы в природе приводят к данной функции при математической обработке результатов наблюдений. Ее график выглядит как колоколообразная кривая.

Простые фотоны, каковые употребляются на данный момент в большинстве опытов по квантовому запутыванию, также описываются гауссовой функцией: возможность отыскать фотон в той либо другой точке в зависимости от координат точки имеет колоколообразный гауссов вид. Как продемонстрировали авторы работы, в этом случае переслать запутанность далеко не окажется, даже в том случае, если сигнал весьма замечательный.

Применение фотонов, волновая функция которых имеет иную, негауссову, форму, обязана значительно повысить число доходящих до адресата запутанных фотонных пар. Но это не свидетельствует, что сигнал возможно будет передать через сколь угодно непрозрачную среду либо на сколь угодно громадное расстояние, – в случае если соотношение сигнал/шум падает ниже некоего критического порога, то эффект квантовой запутанности исчезает в любом случае.

Физики уже обучились создавать запутанные фотоны, разнесенные на пара сотен километров, и нашли им пара весьма перспективных применений. К примеру, для квантового компьютера. Это направление представляется многообещающим благодаря низкому энергопотреблению и высокому быстродействию фотонных устройств.

Второе направление – квантовая криптография, разрешающая создать линии связи, в которых неизменно возможно найти «прослушивание». Она основана на том, что любое наблюдение за объектом имеется действие на него. А действие на квантовый объект постоянно меняет его состояние.

Это указывает, что попытка перехватить сообщение обязана привести к разрушению спутанности, о чем сходу станет известно получателю.

Помимо этого, квантовая запутанность разрешает реализовать так именуемую квантовую телепортацию. Ее не нужно путать с телепортацией (переносом в пространстве) людей и предметов из фантастических фильмов. При квантовой телепортации на расстояние передается не сам объект, а информация о его квантовом состоянии.

Все дело в том, что все квантовые объекты (фотоны, элементарные частицы), а вместе с ними и атомы одного вида являются полностью однообразными. Исходя из этого, в случае если атом в точке приема получает квантовое состояние, аналогичное атому в точке передачи, то это эквивалентно созданию копии атома в точке приема. Если бы существовала возможность переноса квантового состояния всех атомов предмета, то в месте приема появилась бы его совершенная копия.

С целью передачи информации возможно телепортировать кубиты – мельчайшие элементы для хранения информации в квантовом компьютере.

По данным сайта МФТИ

Создатель: Алексей Понятов

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

• Свидание втроем
• Наночастицы против глаукомы

Квантовая телепортация (рассказывает физик Евгений Смирнов)

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Как квантовая физика меняет мир

  Квантовая физика трудится с изучением поведения самых мелких вещей в отечественной Вселенной: субатомных частиц. Это довольно новая наука, только в…

• Квантовая криптография становится реальной

  Квантовая криптография, новейший способ совсем надёжной передачи сообщений, весьма близок к практической реализации, благодаря последним практическим…

• Гибридные наноантенны станут новой платформой для сверхплотной записи информации

  Исследователи из университета ИТМО, Петербургского отвлечённого университета и Объединенного университета больших температур РАН создали новую платформу…

• Новый вид поляризации света позволяет увеличить скорость передачи информации в оптических коммуникационных каналах

  Количество цифровых данных, передаваемых при помощи глобальной сети Интернет, возрастает с каждым годом по экспоненциальной зависимости. Это является…