Квантовые системы связи

«Обычная» телепортация, знакомая нам по фантастике, заключается в мгновенном переносе вещества и энергии сквозь пространство. Квантовая же телепортация переносит лишь одно: информацию. С одной частицы на другую «передается» квантовое состояние, и в области приемника создается ровно то же, что было в области передатчика: сама Вселенная не отличит их. В отличие от «обычной» телепортации, осуществление телепортации квантовой выглядит вполне вероятным даже в не слишком далеком будущем.

Принципиально надежду на него дает одно из знаменитых парадоксальных явлений микромира – квантовая спутанность. Заключается она в полной взаимозависимости состояний частиц: спутанные частицы «обмениваются» квантовыми состояниями моментально, независимо от расстояния, которое их разделяет.

Более того, такая квантовая телепортация – уже давно настоящая реальность: около 15 лет назад был проведен первый эксперимент по телепортации фотонов, а сегодня подобная процедура проводится и совершенствуется в десятках лабораторий мира. Ожидается, что в будущем она получит самое широкое использование на практике. Вообразите, скажем, канал моментальной связи, который позволяют организовать спутанные частицы – канал, неподверженный «прослушке», поскольку по трехмерному пространству никакой передачи не идет: частицы связаны без физически существующего канала связи.

К сожалению, спутанное состояние фотонов весьма хрупко и неустойчиво. Получив пару спутанных частиц и пытаясь передать одну из них на большое расстояние, мы быстро ее утеряем. По оптоволокну, к примеру, фотон не пролетит более 1 км, не столкнувшись с каким-нибудь атомом и не потеряв свою связанность с другим. По счастью, с передачей через атмосферу ситуация внушает больший оптимизм. В 2010 г. китайские экспериментаторы сумели добиться связанности фотонов на дистанции 16 км – а недавно та же группа профессора Цзянь-Вэй Паня (Jian-Wei Pan) рапортовала уже о взятии 97-километрового рубежа.

Проводя эксперимент в чистом разреженном воздухе над горным озером, на высоте 4000 м над уровнем моря, авторы добились того, что основной причиной потери спутанных фотонов стали не турбулентные потоки (хотя их вклад и сохранился), а уширение луча использованного для передачи 1,3-ваттного лазера и несовершенство оптики. Поэтому для более точного его наведения был использован дополнительный направляющий лазер. В итоге на нужное расстояние удалось за четыре часа передать более 1100 фотонов.

Можно сказать, что ряд использованных учеными технических ухищрений не просто позволили провести квантовую телепортацию на рекордно большом – почти 100 км – расстоянии, но и открывают дорогу к практическому созданию квантовых систем связи с работающими на орбите спутниками, а через них – и со всем миром. Конечно, пока скорость такой связи невозможно низка, но главное – установить канал, расширить его – дело времени.