System przygotowania stanów splątanych i transmitowanych do teleportacji

Zespół misji QUESS Quantum Communications Satellite (aka Mo Tzu) poinformował o pierwszych sukcesach w teleportacji fotonów z powierzchni Ziemi na orbitę. W ramach miesięcznego eksperymentu fizykom udało się teleportować 911 fotonów na odległość od 500 do 1400 kilometrów. To rekordowe odległości dla teleportacja kwantowa. Wstępny wydruk badania został opublikowany na serwerze arXiv.org, a MIT Technology Review krótko o nim poinformowało.

Teleportacja kwantowa polega na przeniesieniu stanu kwantowego jednej cząstki na inną cząstkę bez bezpośredniego przenoszenia pierwszej cząstki w przestrzeń. Na przykład do teleportacji polaryzacja fotonu wymagałaby pary splątanych kwantowo cząstek. Jedną ze splątanych cząstek musi zatrzymać nadawca stanu kwantowego, a drugą odbiorca. Nadajnik dokonuje wówczas pomiaru jednocześnie na transmitowanej cząstce i jednej z cząstek splątanej pary. Splątanie kwantowe jest zaprojektowane w taki sposób, że dwie cząstki zachowują się podobnie jeden system- splątana cząstka u odbiorcy czuje, że dokonano pomiaru swoją parą i zmienia swój stan. Znając wynik pomiaru po stronie nadawcy (można go przesłać zwykłym kanałem), możesz otrzymać dokładną kopię wysłanej cząstki – bezpośrednio od odbiorcy. Więcej na ten temat możesz przeczytać w naszym materiale na temat alfabetu kwantowego: „”.

Wcześniej odległość teleportacji była ograniczona do kilkudziesięciu kilometrów – w 2012 roku austriaccy fizycy teleportowali stany fotonowe pomiędzy La Palmą a Teneryfą (143 kilometry). Nowe dzieło pokonuje ten kamień milowy i kilkakrotnie go poprawia.

Jeden z głównych problemów teleportacji - rozkład splątanych fotonów pomiędzy nadawcą (na Ziemi) a odbiorcą (satelitą) - został już rozwiązany przez fizyków. Miesiąc temu w magazynie opublikowano pracę nad stworzeniem splątanej pary oddalonej od siebie o 1200 kilometrów Nauka. Korzystając z tych par, pozostało jedynie eksperymentalnie zademonstrować samą teleportację.


Eksperymentalny projekt

Ji-Gang Ren i in. /arXiv.org, 2017

W Nowa praca Autorzy wykorzystali generator fotonów splątanych zainstalowany nie na satelicie, ale na Ziemi, w Obserwatorium Ngari (Tybet). Tworzył ponad cztery tysiące splątanych par na sekundę, z których jeden foton był wysyłany wiązką lasera do satelity przelatującego nad generatorem co północ. Najpierw naukowcy wykazali, że między Ziemią a satelitą utrzymuje się splątanie kwantowe, a następnie teleportowali polaryzację fotonu. W rzeczywistości, aby wiarygodnie przetestować teleportację, naukowcy musieli stworzyć nie jedną, ale dwie splątane pary fotonów.

Największe straty wiązały się z turbulencjami i niejednorodnością atmosfery ziemskiej. Efekty te prowadzą do poszerzenia wiązki splątanych fotonów i ich rozproszenia – co oznacza, że ​​do satelity dociera mniej cząstek.

W sumie udało się teleportować 911 cząstek – a podczas całego eksperymentu przygotowano i przesłano miliony par fotonów. Autorzy zauważają, że dokładność teleportacji sięga 80 procent, a straty wahają się od 41 do 52 decybeli (jeden foton na 100 tysięcy much). Jeśli podobny sygnał prześlemy 1200-kilometrowym światłowodem ze stratnością 0,2 decybeli na kilometr, to transmisja choćby jednego fotonu zajmie 20 razy dłużej niż czas życia Wszechświata.

Teleportacja kwantowa jest jedną z ważnych technik transmisji danych w telekomunikacji kwantowej. Jest to niezbędne przy budowaniu globalnego „Internetu kwantowego” z idealnie bezpiecznymi kanałami komunikacji (na poziomie prawa fizyczne zakaz klonowania stanów kwantowych). W ubiegłym roku protokoły teleportacji kwantowej dla fizyki na miejskich liniach światłowodowych.

Władimir Korolew

W zeszłym roku rakieta Długi Marsz 2D wystartowała z pustyni Gobi i umieściła satelitę Mo Tzu na orbicie w punkcie synchronicznym ze Słońcem, dzięki czemu codziennie okrąża on Ziemię. Mozi to bardzo czuły satelita przeznaczony do przesyłania informacji kwantowych. Potrafi wykryć stany kwantowe poszczególnych fotonów uwalnianych z powierzchni naszej planety.

Dziś zespół Mo Tzu ogłosił swoje wyjątkowe osiągnięcie: udało mu się stworzyć pierwszą satelitarną sieć kwantową typu ziemia-ziemia. Sieć ta posłużyła do teleportacji pierwszego w historii obiektu z Ziemi na jej orbitę. Teleportacją zajmują się naukowcy, którzy przeprowadzili eksperymenty z zakresu fizyki optycznej. Proces ten opiera się na dziwnym zjawisku splątania, podczas którego dwa fotony tworzą jeden punkt w czasie i przestrzeni. Z technicznego punktu widzenia opisuje je pojedyncza funkcja falowa.

Osobliwością splątania kwantowego jest to, że te dwa fotony istnieją w tym samym punkcie, nawet jeśli są od siebie oddalone o kilometry. Zatem zmiana stanu jednego natychmiast wpływa na stan drugiego. Już w latach 90. ubiegłego wieku naukowcy zdali sobie sprawę, że można wykorzystać to zjawisko do teleportacji obiektów z jednego punktu Wszechświata do drugiego.

Chodzi o to, aby „>”>

Pomysł polega na „wgraniu” informacji do jednego fotonu, po czym drugi staje się identyczny z pierwszym. To jest teleportacja

">

Takie eksperymenty były już wielokrotnie przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych na Ziemi, ale po raz pierwszy zostały przetestowane w przestrzeni międzygwiazdowej. Teleportacja ma ogromne implikacje dla szeregu technologii związanych z sieciami kwantowymi i informatyką.

Tak naprawdę nie ma maksymalnej odległości teleportacji fotonów, jednak połączenie utworzone między nimi jest zbyt delikatne i może zostać zniszczone na skutek pojawienia się ciał obcych w atmosferze lub w światłowodzie. Aby potwierdzić swoją teorię, naukowcy cały czas przeprowadzali eksperymenty na większej odległości, a teraz weszli na orbitę. To prawda, że ​​​​w tym celu konieczne było zbudowanie stacji w Tybecie na wysokości 4 tysięcy metrów.

W ramach eksperymentu powstały splątane pary fotonów, które wystrzelono z prędkością 4000 m/s

W Internecie pojawiło się wideo, rzekomo nakręcone kamerą monitoringu na jednej z ulic miasta w Chinach. Na nagraniu uchwycono niezwykłe wydarzenie, które – sądząc po dacie na nagraniu – miało miejsce o północy 9 maja 2012 r.

Na nagraniu wyraźnie widać, jak ciężarówka szybko zbliża się do roweru przechodzącego przez jezdnię. Wydawałoby się, że zderzenie jest nieuniknione, ale nagle rower i rowerzysta w cudowny sposób znikają i pojawiają się po drugiej stronie ulicy.

Powtórka w zwolnionym tempie ukazuje mężczyznę podbiegającego z dużą prędkością do roweru, chwytającego go i w cudowny sposób teleportującego się na drugi koniec drogi. Tymczasem kierowca ciężarówki wybiega z samochodu i zagląda pod ciężarówkę, ale zauważa, że ​​rower i jego właściciel stoją po bezpiecznej stronie ulicy. W tym samym czasie „człowiek teleportujący” opuszcza scenę.

Film miał około 1 miliona wyświetleń na YouTube. Oczywiście większość użytkowników jest pewna, że ​​film jest fałszywą lub wirusową reklamą drugiej części popularnego filmu „Teleport”. Są jednak i tacy, którzy uważają to wydarzenie za prawdziwe. Wielu z nich sugerowało, że „człowiek teleportujący” był albo kosmitą, albo podróżnikiem w czasie.

Liczne hity kinowe ostatnie lata, z których większość to filmowe adaptacje komiksów, mocno zakorzeniły się w świadomości nowoczesny mężczyzna wizerunek superbohatera. Superbohater to najczęściej zwyczajnie wyglądająca osoba, posiadająca nadprzyrodzone moce i często zmuszona z tego powodu do prowadzenia skrytego trybu życia. Filmy te są tak popularne, kolorowe i liczne, że dla niektórych koncepcja „superbohatera” stała się powszechna. Idea realności takich bohaterów nawiedza ludzi coraz częściej – dlatego historie takie jak teleportacja w Chinach pojawiają się i cieszą się dużą popularnością.

Superman na jezdni

Jesienią 2012 roku jednym z głównych hitów sieci World Wide Web stał się film, który rzekomo rejestrował nie tylko teleportację osoby, ale bardzo dramatyczną teleportację dwóch osób naraz. Film opublikowany w witrynie hostującej filmy YouTube ma około minuty i wygląda jak nagranie z kamery monitoringu ulicznego. Czas wydarzeń, sądząc po czasie w lewym górnym rogu, przypada tuż po północy 9 maja 2012 roku. Miejscem wydarzeń jest jedno z miejskich lub podmiejskich skrzyżowań Chin. Główny postacie trzy. Pierwszy to kierowca ciężarówki z białym vanem, drugi to rowerzysta. Trzeci to tajemniczy nieznajomy, którego twarzy nie widać ze względu na szeroki kaptur. Pod względem budowy ciała ten wyraźnie młody mężczyzna mógł być zarówno chłopcem, jak i dziewczynką.

Wydarzenia przedstawione na filmie przedstawiają się następująco. Po przejechaniu kilku samochodów w tle pojawia się ciężarówka, która stopniowo nabiera prędkości. Gdy się zbliża, z zaciemnionego obszaru bocznej drogi po lewej stronie wyłania się rowerzysta. Trajektorie i prędkości ciężarówki i rowerzysty są takie, że kolizja wydaje się nieunikniona, a konsekwencje dla kierowcy są lżejsze. pojazd obiecaj, że będzie śmiertelna. Ale tutaj, w prawym, zaciemnionym obszarze ekranu, zauważa się pewien ruch: szybko, zamazana sylwetka zbliża się do miejsca zbliżającej się kolizji. W ostatniej chwili sylwetka zarysowuje się wyraźniej, a widz widzi mężczyznę, który chwyta rowerzystę niemal pod koła samochodu. Po tym nieznajomy, rowerzysta i rower dosłownie znikają, a ciężarówka zaczyna hamować. Samochód nie zatrzymał się jeszcze całkowicie, gdy po prawej stronie ekranu, tuż na oświetlonym fragmencie drogi, pojawia się grupa dwóch osób i rower. Nieznajomy puszcza uratowanego mężczyznę, a jego ręce jasno świecą. Zarzuca kaptur na głowę i szybko schodzi z drogi. W tym momencie wyraźnie zszokowany rowerzysta siada wyczerpany na krawężniku, a z auta wychodzi kierowca ciężarówki i na jezdni nic nie zastaje.

Łatwo jest oszukać tych, którzy lubią być oszukiwani

Teleportacja osoby w Chinach, szczególnie nagrana na wideo i w dodatku w takich kinowych okolicznościach, bardzo szybko stała się znana i zyskała miliony wyświetleń na hostingu wideo. Natychmiast rozpoczęły się ożywione dyskusje na temat tego, czy wideo jest prawdziwe, czy też jest to mistyfikacja niektórych specjalistów od efektów wizualnych. Co ciekawe, zwolenników obserwowanej na planie rzeczywistości teleportacji było całkiem sporo. Natychmiast pojawiła się nawet oryginalna „fan fiction” - zaczęto wymyślać historie mające na celu stworzenie historii kobiecego superbohatera (płeć żeńska bohaterki wydawała się bardziej intrygująca i imponująca dla większości widzów), aby ujawnić powody, które skłoniły ją do ukrycia jej supermoce i tym podobne.

Ale było też wielu sceptycznych krytyków, którzy dosłownie rozwalili wideo na kawałki. Wiele racjonalnych argumentów przemawiało za tym, że fabuła jest inscenizowana, nosi oczywiste ślady używania programów do konwersji materiału wideo, a także ma oczywiste wady logiczne. Przede wszystkim niepokojące było samo wystąpienie potencjalnie śmiertelnego wypadku: wbrew zwyczajowi ciężarówka dojeżdżając do skrzyżowania zaczęła nie zwalniać, ale nabierać prędkości, jakby stwarzając warunki dla scena dramatyczna. Podejrzenia rowerzysty też są podejrzane: zaskakująco spokojnie wjechał bezpośrednio pod koła, nie zmieniając prędkości i nawet nie odwracając głowy na przejściu przez główną drogę, gdzie powinien ustąpić pierwszeństwa. Nie wszystko jest w porządku z kierowcą ciężarówki – na nagraniu wyraźnie widać, że mężczyzna, który wysiadł z taksówki, ma na sobie jaskrawobiały T-shirt lub koszulę. Ale w dość dobrze oświetlonej kabinie podczas hamowania nie tylko nie widać nic jasnego, ale kierowcy w ogóle nie widać.

Jeśli chodzi o tajemniczego mężczyznę, który potrafi teleportować siebie i innych, to on też nie jest taki „czysty”. Po pierwsze, na jego „śladzie energii” podczas superszybkiego zjazdu na drogę widoczne są wyraźne ślady montażu wideo. Jego sylwetka w momencie uchwycenia rowerzysty jest bardzo wyraźna, natomiast nadal pozostaje niewyraźna sylwetka jego ruchu. Po drugie, wybór punktu końcowego teleportacji wygląda bardzo dziwnie. Prawa geometrii, fizyki i po prostu logiki podpowiadają, że najprościej i najbardziej naturalnie byłoby, gdyby uratowany rowerzysta skierował się w kierunku ruchu nieznajomego – czyli w lewą stronę ekranu, oddalając się od jezdni. Ale teleportacja dzieje się z wektorem odwrotnym, w prawo - okazuje się, że nieznajomy podczas teleportacji zrobił coś w rodzaju pętli, której nie ma wyjaśnienia. Po drugie, pojawia się niejasna wątpliwość, ponieważ pojawienie się dwóch teleportujących się osób i roweru po prawej stronie drogi tłumaczy się, że tak powiem, sceniczną koniecznością. To właśnie ta część jest najbardziej oświetlona w całej scenie, dlatego najlepiej nadaje się do osiągnięcia największego dramatu, do obserwacji stanu szoku ratowanego, świetlistych rąk wybawiciela i jego odwrotu w ciemność. Całość tych obserwacji i rozumowania prowadzi do wniosku, że ta teleportacja jest dość twórcza, ale nadal jest mistyfikacja.

Aleksander Babicki