Немецкие ученые раздвинули границы использования квантовой запутанности до масштабов целого города

Квантовая система


Группа исследователей из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, Германия, добилась успеха в реализации технологии передачи квантовой информации и явления квантовой запутанности от одного стационарного квантового запоминающего устройства к другому через обычный оптический телекоммуникационный канал. Во время эксперимента информация, заключенная в состоянии атомарного квантового бита, была преобразована в состояние фотона света, который, пройдя по оптоволоконному кабелю расстояние в 20 километров, успешно донес эту информацию до другого атомарного квантового бита.

Данное достижение позволит в будущем увеличить расстояние, разделяющее отдельные части квантовых концентраторов и квантовых компьютеров, разделенных физически, но остающихся, при этом, в режиме онлайн. Кроме этого, использованные технологии могут лечь в основу конструкции квантового повторителя, устройства, способного раздвинуть границы использования квантовых технологий до регионального, национального и даже международного масштабов.

Отметим, что прямо сейчас германские исследователи реализовали только половину функционала квантовой коммуникационной системы. Для получения полноценного коммуникационного канала им потребуется сделать еще одно точно такое же преобразование информации, только в обратном направлении.

Эксперимент по передаче квантовой информации был начат с атома рубидия, заключенного в оптической лазерной ловушке и охлажденного до температуры в несколько миллионных долей градуса выше абсолютного нуля. Этот атом был выбран из беспорядочного облака атомов рубидия и перемещен в ловушку при помощи оптического пинцета, сфокусированного особым образом луча лазерного света, позволяющего перемещать крошечные объекты.

Далее этот атом был переведен в возбужденное энергетическое состояния, в котором он стал квантовой частицей, а заключенная в нем квантовая информация была закодирована в спине, в направлении вращения верхнего возбужденного электрона. Когда атом спонтанно вернулся в более низкоэнергетическое состояние, он излучил фотон света, поляризация которого соответствовала спину электрона, и который был запутан с атомом на квантовом уровне.

Следующими шагами были захват этого фотона света, преобразование его в фотон S-диапазона и направление его в оптическое волокно, длиной 20 километров. Отметим, что свет S-диапазона способен пройти по оптоволокну и немного большее расстояние, прежде чем он будет ослаблен или искажен, что приведет к утере заключенной в нем квантовой информации. Пограничная длина оптоволоконной линии привела к тому, что на его выходе запутанность с атомом рубидия сохраняли лишь 78 процентов фотонов света.

Сейчас немецкие ученые работают над приемным узлом, в котором фотоны света передадут квантовую запутанность и заключенную в них квантовую информацию другому атому рубидия, помещенному в такие же условия, как и атом на другом конце линии. Этот узел будет установлен в лаборатории Института Оптики Макса Планка в Мюнхене, который находится на расстоянии 20 километров от Мюнхенского университета.

И, в конце концов, для того, чтобы сделать из всего этого реально работающий квантовый коммуникационный канал, германским ученым предстоит разработать и реализовать подходящую для этого технологию обнаружения и исправления ошибок. Эта задача является весьма сложной, но ее решение - это необходимый шаг для создания практических систем, способных транслировать состояние квантовой запутанности от одного стационарного кубита к другому на расстояния, исчисляющиеся многими десятками и сотнями километров.




Ключевые слова:
Квантовое, Состояние, Запутанность, Информация, Атом, Рубидий, Кубит, Фотон, Свет, Оптоволокно, Расстояние

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Установлен новый рекорд дальности сохранения квантовой запутанности между с ...
  • Ученые-физики создали новый тип простейшего квантового "жесткого диска" д ...
  • Создано устройство, способное хранить долгое время фотоны-кубиты, используе ...
  • Установлен новый рекорд по дальности телепортации квантовой информации чере ...
  • Ученые впервые реализовали квантовую телепортацию между двумя объектами мак ...




  • 13 февраля 2020 07:23
    #1 Написал: TeddyIn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 33
    Вау! Вау! Вау!
    Это просто супер-мега круто :clap:, что есть такая возможность!
    Это означает, что в будущем для общения с аппаратами типа Voyager не нужно будет ждать 34 часа пока сигнал туда-сюда долетит, это означает безлаговый спутниковый (да нафиг тогда не нужны будут спутники связи для Земли) интернет в любой точке нашей планеты, и даже всей вселенной (именно вселенной).
    Это означает, что стоит только один раз заслать и установить коммуникационный спутник в любой точке пространства, и с ней будет поддерживаться мгновенная связь! Это почти как открыть портал на новую локацию в Диабло, или замарчить руну в Ультиме.
    Реализация предположительно будет выглядеть так:
    1 вариант) к другой звездной системе направляется спутник, у которого на борту уже присутствует засунутая на земле пачка запутанных квантов. Кванты на спутнике запутаны с пачкой квантов на Земле в центре управления.
    2 вариант) возможно состояние запутанности не стабильно, и через время может теряться, тогда на спутнике установлен "запутывающий" приемник, в антенну которого нацелен лазер с земли, стреляющий запутанными фотонами, после успешного попадания которых, непрерывно идет восстановление/поддержание состояния запутанности земля-спутник. И даже если спутник очень далеко, есть большая вероятность, что небольшой процент фотонов даже рассеянного лазерного луча все равно попадет в антенну.
    Короче если довести до ума, то это большой шаг вперед для человечества, как исследователя мироздания )
        
    13 февраля 2020 17:17
    #2 Написал: MaxIvanov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 409
    TeddyIn,Разве то так работает? Мне показалось там смысл в передаче информации на отдельных фотонах, и невозможности перехватить такую информацию посторонним.
        
    13 февраля 2020 18:16
    #3 Написал: TeddyIn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 33
    MaxIvanov,
    Так если просто передавать информацию на отдельных фотонах, это и не новость тогда, ведь уже сейчас есть квантовые компьютеры, вывод информации из которых по сути можно реализовать любым способом.
    По части перехвата информации - два запутанных квантовых бита А и В, находящихся физически в разных местах работают так: действуем на бит А -> мгновенно изменяется состояние обоих, вне зависимости от расстояния. После запутывания - в пространстве между А и В нет никакой в нашем понимании передачи информации: там не натянута ниточка, между ними нет луча света или проводов, т.е. в принципе перехватывать просто нечего. А в статье речь идет именно о неких "квантовых повторителях" - думаю (ну или хочу думать), что именно так это и работает )
        
    14 февраля 2020 08:10
    #4 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 4300
    Цитата: TeddyIn
    1 вариант)

    К сожалению, этот вариант нереален, так как квантовая запутанность держится очень короткое время, после чего она "рассыпается".

    Цитата: TeddyIn
    2 вариант)

    Нечто подобное китайцы сделали еще в позапрошлом году. Спутник называется Micius, по-моему


    --------------------
        

    Информация

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