Китай устанавливает рекорд по дальности передачи информации при помощи квантовых технологий

Спутник Micius


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.





Ключевые слова:
Китай, Спутник, Micius, QUESS, Фотон, Квантовая, Запутанность, Лазер, Передача, Информация, Расстояние, Рекорд

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Китайские ученые впервые "телепортировали" фотоны с поверхности на околоз ...
  • В Китае введена в эксплуатацию самая длинная в мире сверхзащищенная квантов ...
  • Установлены новые рекорды дальности квантовой телепортации по оптическому в ...
  • Китай осуществил успешный запуск спутника, оснащенного первой в мире космич ...
  • Установлен очередной рекорд по дальности квантовой телепортации через оптич ...




  • 17 июня 2017 09:39
    #1 Написал: gen_sec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 56
    разве прямая видимость должна быть для передачи инфы между запутаными?
        
    17 июня 2017 13:27
    #2 Написал: MaxIvanov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 393
    gen_sec,
    Тут уже вообще ничего непонятно, в самой же статье пишется что нарушает теорию относительности. Раньше то не нарушало, использовали запутанные фотоны только для безопасности, взаимодействие было мгновенным но понять произошло оно или нет можно было только после получение подтверждения обычными средствами связи, тут уже пишут что то другое,..или утка или ошибки журналиста.... Тут же статьи проскакивали, что Китай уже имеет квантовый радар, так что нечему удивляться.
        
    17 июня 2017 14:32
    #3 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 502
    Цитата: MaxIvanov
    Тут уже вообще ничего непонятно, в самой же статье пишется что нарушает теорию относительности

    Просто написавший это журналист подменил понятия, попутно показав свою некомпетентность в данном вопросе. Причем информация недостоверна сразу по двум пунктам:
    1. В теории относительности нет ни слова про передачу информации, там речь идет о предельной скорости распространения материальных частиц и волновых взаимодействий. И в данном случае почему-то забывают о том, что запутанный фотон попал в точку назначения далеко не мгновенно.
    2. Никакой дополнительной информации при квантовой телепортации не передается - одновременно раскрываются квантовые параметры двух частиц, и какими именно они окажутся, заранее не знает ни получатель, ни отправитель. Т.е. собственно передачи информации от отправителя к получателю не происходит, они оба одновременно узнают некую инфу, присущую этим фотонам.
    Данный факт можно использовать для шифрования, но сами зашифрованные сообщения придется передавать по обычным каналам, через саму запутанность ничего не передашь. Хотя очень хочется smile
        
    17 июня 2017 16:47
    #4 Написал: MaxIvanov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 393
    Цитата: Rsa
    одновременно раскрываются квантовые параметры двух частиц, и какими именно они окажутся, заранее не знает ни получатель, ни отправитель.

    Раскрываются сами или кем то? Ка это происходит вообще.

    Я знаю что любая формация передается только с носителем, а значит все же как то нарушает, либо информация не предается.
        
    17 июня 2017 18:26
    #5 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 257
    MaxIvanov,
    Представь что спутник с генератором запутанных фотонов разделяет их на два лазерных луча в разных направлениях. На расстоянии 1 световой год детекторы в разных частях неба получат сигнал через год. После наведения устойчивой связи на спутнике начнут менять параметры фотонов и они благодаря "запутанности" будут синхронно меняться и на детекторах, несмотря на расстояния.
    Другими словами изменение параметров фотона можно закодировать в сообщение и передать на миллионы световых лет мгновенно (теоретически).
    Пока Китайский аппарат сумел передать этот сигнал на 1200км, но это ограничено только возможностью лазера и чувствительностью датчиков. Теоретически возможна передача информации на любые расстояния моментально.
    Однако есть три ограничения:
    1) Земля летит 65 км/с вокруг Солнца, Солнечная система относительно других звезд летит 1200км/с, Галактика крутится и летит со скоростью 210 тыс км/с относительно других Галактик, а навести квантовую связь можно только между неподвижными относительно друг друга объектами.
    2) Любой посторонний объект (астероид, комета, мусор) может моментально прервать связь и восстанавливать ее придется почти год (зависит от расстояния).
    3) Космос переполнен излучениями всех диапозонов и частиц, а значит детекторы будут принимать посторонние шумы и вспышки, искажающие информацию. Кроме того запутанные фотоны крайне неустойчивы при столкновении с другими частицами искажаются, теряя ЗАПУТАННОСТЬ и переносимую информацию.

    Короче технология очень перспективная, но пока чрезвычайно капризная!
        
    18 июня 2017 14:09
    #6 Написал: gen_sec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 56
    Helltorn,
    спасибо, тоесть если я Вас правильно понял, то прямая видимость между двумя запутанными частицами необходима только для непосредственно доставки частиц к детекторам с помощью лучей лазеров, а после этого нужно просто очистить пространство между ними от посторонних предметов?по идее в каких бы положэниях и точках они не находились друг относительно друга, между ними по любому прямая ?)))
        
    18 июня 2017 20:35
    #7 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 502
    Цитата: Helltorn
    После наведения устойчивой связи на спутнике начнут менять параметры фотонов и они благодаря "запутанности" будут синхронно меняться

    Ровно один раз. После чего запутанность разрушается и нужно отправлять новую пару.
        
    22 июня 2017 03:02
    #8 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 257
    Rsa,
    Сегодня уже созданы когерентные лазеры с узкополяризированными характеристиками фотонов. Простыми словами это означает что если в потоке фотоны имеют одинаковую частоту, энергию и спин, то они все внутри потока являются "запутанными". То есть весь лазерный луч может состоять из одинаково "запутанных" частиц (их число неограничено). Таким образом достаточно модулировать параметры лазера и они синхронно будут изменяться на детекторе независимо от расстояния, а "запутанность" исчезает только в результате постороннего вмешательства.
    Важно только чтобы луч был непрерывным, неподвижным, достаточно мощным и точно направленным на детекторы!
    На сегодняшний день орбитальные спутники неспособны длительное время удерживать квантовую связь из за влияния Солнечного ветра и космической пыли. Это все равно что прицеливаться лазером с корабля в монетку на расстоянии 100км в девятибальный шторм. Спутнику постоянно придется регулировать положение, непрерывно прицеливаясь в детектор иначе "запутанность" будет прерываться без конца. Это ж какие топливные баки должен иметь спутник, чтобы проработать непрерывно хотябы год даже на ионоплазменных двигателях???
    Пока Китайский спутник умудрился передать на землю лишь одно квантовое сообщение, длительностью несколько секунд. А необходимо добиться непрерывного сигнала сроком от 15 лет и более, независящих от внешних условий для коммерческого применения. Однако для связи в военных целях часто достаточно коротких периодических сеансов связи - лишь бы их невозможно было перехватить (например с подлодками)!
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.