Китай устанавливает рекорд по дальности передачи информации при помощи квантовых технологий - «Наука и технологии»

Китайские ученые установили рекорд по дальности передачи информации при помощи явления квантовой запутанности. Предыдущий рекорд дальности передачи информации при помощи запутанных фотонов света составлял порядка 100 километров, но использование для этих целей специализированного искусственного коммуникационного спутника Micius, запущенного в космос в августе прошлого года, позволило эффективно "телепортировать" информацию на расстояние в 1200 километров.

Напомним нашим читателям, что квантовая запутанность - это одно из самых причудливых явлений квантовой механики, которое Альберт Эйнштейн охарактеризовал выражением "призрачное взаимодействие на расстоянии". Пары запутанных квантовых частиц связаны друг с другом таким образом, что изменение квантового состояния одной из частиц моментально оказывает воздействие на состояние второй частицы, невзирая на разделяющее их расстояние, которое может быть сколь угодно большим.

Технологии, основанные на использовании явления квантовой запутанности, позволяют моментально "телепортировать" информацию на практически неограниченные расстояния. Правда при этом нарушается один из принципов Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, который определяет то, что ничто на свете, в том числе и информация, не может перемещаться быстрее скорости света.

Малые расстояния, на которые удавалось передавать квантовую информацию раньше, определялись тем, что квантовые эффекты и явления имеют хрупкую природу, они могут быть разрушены даже незначительным воздействием из окружающей среды. Поэтому исследователи старались максимально оградить фотоны от окружающей среды, "загнав" их внутрь оптоволокна. Квантовая связь по оптоволокну работала устойчиво на расстояниях до 100 километров, но, чем больше расстояние, тем выше шанс того, что передаваемые по оптоволокну фотоны будут потеряны или искажены, что равносильно потере в данном случае.

Искусственный спутник Micius, запущенный в рамках программы Quantum Experiments at Space Scale (QUESS), является первым шагом на пути создания глобальной коммуникационной квантовой сети. Вместо оптоволокна в этой системе используются лучи специальных лазеров, постоянно генерирующих пары запутанных фотонов. Правда в данном случае возникает одна проблема, приемник и передатчик должны находиться постоянно на одной линии и быть ориентированы строго параллельно друг другу, что сделать весьма непросто, когда источник (спутник) движется с большой скоростью по круговой траектории.

"Взаимная ориентация квантового приемника и передатчика походит на попадание монетой с самолета, летящего на высоте 100 тысяч метров точно в щель копилки, которая, к тому же и вращается" - рассказывает Ван Джиэню (Wang Jianyu), руководитель проекта QUESS.

Тем не менее, китайским ученым удалось успешно решить проблему синхронизации и тщательного взаимного ориентирования узлов квантового приемника и передатчика. И это, в свою очередь, позволило передать запутанные фотоны на расстояние в 1200 километров, используя спутник в качестве промежуточной станции. "В данной работе нам удалось получить эффективность первой космической квантовой сети за счет распределения квантовой запутанности между двумя фотонами, в триллион раз превышающую эффективность лучших телекоммуникационных систем, использующих оптоволокно" - рассказывает Джиэн-Вей Пэн (Jian-Wei Pan), ведущий ученый проекта QUESS.

Будущие квантовые сети позволят создать не только более скоростные коммуникационные каналы, эти квантовые каналы будут обеспечивать самый высокий уровень безопасности за счет того, что запутанные фотоны чрезвычайно чувствительны к любому внешнему вмешательству. И если кто-нибудь попытается перехватить передаваемые сигналы, это просто приведет к нарушению состояния квантовой запутанности и сделает невозможным процесс перехвата информации. При этом, о попытке перехвата станет тут же известно абонентам на обоих концах квантового коммуникационного канала.