Някога смятано за "странното дете" на физиката, сега квантовото вплитане буквално премина дълъг път от дните когато Айнщайн го осмя като "призрачно действие от разстояние".

В ново проучване учените успяха да предадат вплетени фотони между Земята и първия експериментален спътник за квантова комуникация в света - китайския Мо Дзъ (Micius) на разстояние над 1 200 км. Успешното предаване счупи предишния рекорд на квантово вплитане, което беше извършено едва на 100 км разстояние, предава Science alert.

Проучването е публикувано в списание Science.

^{Карта с наземните станции, които получиха квантово вплетени фотони от Мо Дзъ; Източник: Science/Pan}

"Демонстрирахме пренос на два квантово вплетени фотона от спътник към две наземни станции, които са на 1 203 км разстояние", съобщи Дзюен Ин (Juan Yin), водещ автор и физик от Научно-технологическия университет в Шанхай. "Вплитането на голямо разстояние е от съществено значение за тестване на квантовата физика и квантовите мрежи", допълни ученият.

Спътникът Мо Дзъ (кръстен на на китайски философ и инженер от древността) беше изстрелян миналата година и е конструиран да предава кодове между две станции в Китай (в Пекин и Урумчи) и между Китай (Пекин) и Европа (Виена). Тъй като квантовият фотон не може да бъде разделен или удвоен, "е невъзможно информацията, предавана чрез тази нова комуникационна система от ново поколение, да бъде подслушана, прихваната или разбита", предаде тогава агенция Синхуа.

Квантовото вплитане е изключително явление в света на физиката (толкова в разрез с всички логични закони на Вселената, че дори обърква самия Айнщайн), което позволява мигновен обмен на информация, независимо от разстоянието. Феноменът възниква когато две или повече частици се свържат и мигновено и едновременно въздействат една на друга, без значение на какво разстояние са.

Например, когато посоката на спина на една частица е по часовниковата стрелка, квантовото вплитане прогнозира, че посоката на другата частица ще бъде срещу часовниковата стрелка - независимо дали е на 1 см от първата или в другия край на космоса.

И макар Айнщайн да не е бил сигурен, че това странно поведение на частиците всъщност може да бъде изпълнено в реалната Вселена, квантовото вплитане се превърна в ключово за изучаването на това как може да бъде предадена информация на дълги разстояния. Разбирането на този процес вече допринесе за създаването на приложения за защита от хакери в банкерството и суперкомпютрите.

До момента обаче физиците успяваха да предадат квантово вплетени частици само на дистанция до 100 км. Уловката при предаване на дълги разстония е, че частиците имат склонност да се губят докато пътуват по оптични кабели или през открита земя.

(^{Спътникът Мо Дзъ; Снимки: агенция Синхуа}

Няколко са начините за преодоляване на този проблем. Единият е да се разчупи преносната линия на по-малки секции и след това да се разменя, съхранява и пречиства квантовата информация по оптичния кабел. Всички тези елементи, функциониращи едновременно, е трудна за постигане задача, когато информацията трябва да бъде съхранявана за дълги периоди и да бъде бързо намирана. 

Сега Ин и неговият екип демонстрираха по-добър начин за постигане на глобална квантова мрежа с употребата на лазерни лъчи и сателитна технология. С помощта на Мо Дзъ учените успяха да свържат с три наземни станции в Китай с помощта на квантово вплетени фотони. Всяка от станциите е на около 1 200 км разстояние една от друга и между 500 до 2 000 км от орбитиращия спътник.

С помощта на лъчев разделител те отделят лазерния лъч от спътника на две отделни поляризирани състояния. Едното от тях се използва за изпращане на вплетени фотони, докато другото действа като фотонов приемник. Въпреки дългата обиколка, фотоните са успели да поддържат своята вплетеност и успешно са получени от наземните станции на хиляди километри разстояние.

"Резултатът отново потвърждава нелокалните белези на вплитането и изключва моделите на реалността, които почиват на локалност и реализъм", пишат авторите на експеримента. "В сравнение с предишни методи на предаване на вплетеност с директна трансмисия на един и същ двуфотонен източник, ефикасността на връзката на нашия подход, базиран на спътник, е 12 и 17 пъти по-голяма като порядък", допълват те.

Основната полза от този подход е, че спътници ще могат лесно да покриват две наземни локации, които са на хиляди километри разстояние. Тъй като по-голяма част от трансмисията ще се осъществява във вакуум, почти няма да има загуба на частици.

"Дори ако в бъдеще бъдат произведени перфектните оптични кабели, нашият метод на база спътник ще продължи да бъде 4 до 8 пъти в порядък по-ефикасен", пишат китайските учени.

Още по темата

20/04/2015

Космос

Астрономи са разрешили загадката на най-голямата известна структура във Вселената

21/02/2015

Физика

Стрелата на времето