|
Осуществлена квантовая телепортация
Явление квантовой телепортации — передачи квантовой информации (например,
направления спина частицы или поляризации фотона) на расстояние от одного
носителя другому — уже наблюдалось в случае двух фотонов, фотонов и группы
атомов, а также двух атомов, посредником между которыми служил третий. Однако ни
один из предложенных способов не годился для практического использования.
Наиболее реалистичной и легко реализуемой на этом фоне выглядит схема,
предложенная специалистами из Университета Мэриленда (США). Ученым удалось
осуществить перемещение квантовой информации между двумя атомами, расположенными
в метре друг от друга, причем показатель надежности доставки превысил 90
процентов. «На основе нашей системы можно сконструировать крупномасштабный
«квантовый повторитель», который будет использоваться для передачи информации на
большие расстояния», — представляет новую разработку Кристофер Монро
(Christopher Monroe), возглавивший исследования.
Физическую реализуемость квантовой телепортации обеспечивает свойство квантовой
запутанности, выражающееся в том, что состояния (а следовательно, и некоторые
физические свойства) двух связанных объектов — даже разнесенных в пространстве —
оказываются взаимозависимыми. В эксперименте американских ученых связанными
оказались два иона иттербия, помещенные в вакуумные ловушки и окруженные
металлическими электродами (см. рисунок). Непосредственно перед проведением
опыта исследователи определили два основных состояния ионов, которые
использовались в качестве элементов хранения квантовой информации — кубитов.
В начале эксперимента ионы (назовем их А и Б) находились в одном из основных
состояний. Затем на ион А направлялось микроволновое излучение, испускаемое
одним из электродов; в результате кубит оказывался в некоторой суперпозиции
своих собственных состояний (происходила запись информации для передачи). Сразу
после этого оба иона возбуждались лазерным импульсом пикосекундной длительности.
Возврат в одно из основных состояний — «значений» кубита — проходил с
испусканием фотонов, «цвет» которых (красный или синий), соответствовавший
разным длинам волн, однозначно определял конкретное значение. Затем фотоны с
помощью линз направлялись по оптоволоконному кабелю к светоделительному
элементу; при попадании на него каждая частица могла либо отразиться, либо
пройти напрямую (вероятности этих событий одинаковы). По обеим сторонам
светоделителя располагались детекторы.
До попадания на светоделитель каждый из фотонов находился в неизвестной
суперпозиции состояний, однако в детекторе могли быть зарегистрированы уже
только четыре различных вида частиц, соответствующих цветовым комбинациям
«синий-синий», «синий-красный», «красный-синий» и «красный-красный», и лишь в
одном из указанных вариантов фотоны одновременно достигают обоих детекторов. В
этом случае определить, какому иону «принадлежит» данный квант света, становится
невозможно (не хватает информации о том, отразился фотон от светоделителя или
прошел насквозь). Такая неопределенность и сигнализирует о том, что квантовые
состояния ионов оказались связаны.
Достигнув этого результата, ученые определили состояние иона А. В полном
соответствии с законами квантовой механики, измерение вывело его из суперпозиции
в некоторое определенное состояние, причем ион Б при этом принял противоположное
«значение». Зная выходное состояние кубита А, исследователи установили параметры
микроволнового импульса, при воздействии которым на кубит Б из него извлекалась
информация, записанная на первой стадии эксперимента. На этом процесс
телепортации завершился.
Заметим, что исходное состояние иона А в процессе передачи разрушается; именно
это отличает данную технологию от копирования и позволяет применять термин
«телепортация».
Человечество убьёт себя наукой :'( |
