Первый объект телепортирован на орбиту Земли

Статья именно с таким заголовком была опубликована BBC в начале июля, чем и привлекла моё внимание. В ожидании прочтения одной из самых фантастических новостей в этом году, "в голове крутилась" только одна мысль:

В статье сообщается о докладе китайских учёных, которые совершили квантовую телепортацию фотона с Земли на спутник, находящийся на низкой околоземной орбите (в пределах около 1400 км).
Принцип передачи квантового состояния на расстояние впервые был продемонстрирован в лаборатории более 20 лет назад. Именно тогда этому явлению было присвоено определение «квантовая телепортация».

Я вдруг вспомнил как пионер теории информации Рольф Ландауэр однажды сказал: «Если вы не посылаете ничего физического, как вообще вы можете передать что-либо из пункта “А” в пункт “В”?».
Но вернёмся к телепортации. Рецензия работы в Discover сообщает о том, что учёные «успешно телепортируют квантовые запутанные частицы». При этом опускается разъяснение о том, что такое изменение состояния фотонов не имеет ничего общего с телепортацией из научной фантастики, поскольку физически ничего не перемещается.

Пока мы можем только обсуждать, является ли цель применения термина «квантовая телепортация» как выраженный способ передачи научной идеи, или же его использование в данном контексте прозаичная реклама. В любом случае многих интересует более серьёзный вопрос: что именно происходит во время «квантовой телепортации», что именно передаётся и каким образом.

Как начинался квантовый телеферез

Когда физики Ашер Перес и Уильям Уоттерс впервые задумали такой квантовый процесс в 1993 году, они назвали его «ТЕЛЕФЕРЕЗ». Но очень сомнительно, что такое название сегодня смогло бы заинтересовать журналистов. Именно поэтому Чарльз Беннет (соавтор) предложил переименовать процесс в «квантовую телепортацию».

Суть при этом не изменилась, процесс переносит квантовое состояние одной частицы на другую (идентичную) частицу, и в то же время стирает состояние в оригинале. Это состояние не может в значительной степени отличаться от состояния исходной частицы. Но можно ли назвать изменение состояния с использованием определённых процессов телепортацией? Мне кажется, что такое определение может быть только в том случае, если получатель не знает, какую «информацию» ему отправили, то есть квантовое состояние исходной частицы. На сегодняшний день, без взаимного координирования и подтверждения данных этот процесс не обходится.

Телепортация квантового состояния использует явление квантового переплетения как средство передачи. Когда две или более частиц запутаны, их квантовые состояния взаимосвязаны независимо от того, насколько они далеко друг от друга. По сути, они действуют как один квантовый объект, описываемый одной волновой функцией - математической конструкцией, которая кодирует все квантовые свойства объекта.

Они создали 4 000 000 квантовых запутанных фотонов за секунду в Тибетской лаборатории и выпустили по одному фотону из каждой пары в сторону спутника под названием Миций, названного в честь древнего китайского философа. У Micius есть чувствительный приемник фотонов, который может обнаруживать квантовые состояния одиночных фотонов, выпускаемых с земли.

Произвольное неизвестное квантовое состояние невозможно точно измерить или полностью воспроизвести. Однако квантовая телепортация позволяет точно переносить неизвестные квантовые состояния от одного объекта к другому на большие расстояния без физического перемещения самого объекта.
Телепортация между городами была признана фундаментальным элементом в протоколах, которые используют широкомасштабные квантовые сети для распределения квантовых вычислений. Однако предыдущие эксперименты, связанные с телепортацией между удалёнными точками, были ограничены расстоянием (порядка 100 километров) из-за потерь фотонов в оптических волокнах или наземных каналах свободного пространства.

Выдающаяся открытая задача для глобальной «квантовой сети» заключается в значительном расширении диапазона при телепортации. Многообещающим решением этой проблемы является применение спутниковой платформы и космической связи, которая позволяет соединять две удаленные точки на Земле со значительно уменьшенной потерей канала, поскольку большая часть пути распространения фотонов находится в пустом пространстве.

Группа учёных сообщает о первой квантовой телепортации независимых однофотонных кубитов из специальной обсерватории на указанный спутник с низкой земной орбитой через световой канал восходящей линии связи. Для оптимизации эффективности связи и преодоления атмосферной турбулентности в восходящей линии связи разработан ряд методов, в том числе компактный сверхяркий пучковый источник многофотонного сцепления.

«Мы демонстрируем успешную квантовую телепортацию для шести входных состояний во взаимно несмещенных основаниях со средней точностью 0,80 +/- 0,01, что значительно выше классического предела», - заявили учёные.

Мнение со стороны

Можно согласиться с мнением о том, что квантовая телепортация - это новый способ передачи информации, своего рода высокоскоростной квантовый Wi-Fi и т.д. Немного смущает информация о том, что квантовое «содержание» при взаимодействии запутанных частиц передаётся со скоростью превышающей скорость света. Разве это не противоречит теории относительности Альберта Эйнштейна: событие в одном месте не может иметь физического наблюдаемого эффекта в другом месте за время меньшее, чем требуется свету для прохождения между этими объектами.
Хотя такие парадоксы давно уже обсуждаются в научном мире, да и для контролируемой квантовой телепортации необходим классический канал передачи, который для завершения процесса ограничен скоростью света. Кто знает, возможно, следующие эксперименты с использованием спутника разрешат эти вопросы в будущем.

Итак, настоящим чудом из мира фантастики квантовую телепортацию пока трудно назвать, но как технология познания квантовой структуры, она заслуживает внимания.