Kínai tudósoknak sikerült összekuszált fotonokat továbbítaniuk egy műholdról a Föld három állomására, ahol a részecskék továbbra is kvantumkapcsolatot tartottak fenn, annak ellenére, hogy több mint 1200 km-re voltak egymástól. Eddig a kvantális kusza eloszlás rekordja körülbelül 100 km volt.

egymástól

Műholdból a kínai tudósoknak sikerült összekuszált fotonokat juttatniuk három földi állomásra, amelyeket több mint 1000 km választ el./Juan Yin és mtsai./Tudomány

A Kínai Természettudományi és Műszaki Egyetem és az adott ország Tudományos Akadémiájának kutatóinak egy műhold segítségével sikerült eloszlatniuk az összefonódott fotonpárokat 1200 km-en. Az előrelépést, a potenciális jövőbeni alkalmazásokkal a szupervédett kvantumkommunikáció terén, ezen a héten teszik közzé a Science folyóirat.

A mai napig minden erőfeszítés a részecskék összefonására, egy módszer a kvantum „összekapcsolására” a távolság alatt, körülbelül 100 km-re vagy annál kevesebbre korlátozódott, mivel az összefonódás elvész, amikor optikai szálak mentén vagy földi nyitott tereken keresztül továbbítják őket.

A mai napig minden erőfeszítés a részecskék összefonására körülbelül 100 km-re korlátozódott

A tudósok megpróbálják leküzdeni ezt a problémát, ha a távvezetéket kisebb szegmensekre bontják, és a kvantuminformációkat többször cserélik, tisztítják és tárolják a szál mentén.

Van azonban egy másik megközelítés a kvantumhálózatok globális szintű elérésére lézerek és műholdas technológiák segítségével. Ezt az opciót használta most sikeresen a kínai tudósok csapata, Juan Yin kutató vezetésével.

Tanulmányukhoz a szerzők a Micius vagy a Mozi műholdat használták, amelyet egy ie. 5. századi kínai filozófusról és tudósról neveztek el. Az űrhajó tavaly indult útjára, és rendkívül speciális kvantumtechnológiákkal és eszközökkel van felszerelve.

Rekordoló párok rögzítése 1203 km-en

A műhold segítségével három földi állomással kommunikáltak Kína különböző részein (Nanshan Urumqi városában, Delingha Qinghajban és a Gaomeigu Obszervatórium Lijiangban). Az utóbbi kettőt 1203 km távolság választja el egymástól, amely között megdőlt a kvantum kusza új rekordja. A maga részéről a pályán lévő műhold és a földi állomások közötti távolság 500 és 2000 km között mozgott.

"Ez a munka azt mutatja, hogy összefonódott fotonpárok nyerhetők eddig soha nem elért távolságokon" - értékeli Esperanza López, az Elméleti Fizikai Intézet (IFT) spanyol kutatója, aki nem vett részt a tanulmányban, de a téma szakértője ", és ezt úgy lehet elérni, hogy kuszált párokat bocsátanak ki egy műholdból, így terjedésük nagy része nagyon ritka közegben történik, ami minimalizálja azokat az interakciókat, amelyek elpusztíthatják a kvantum koherenciáját".

Ábra a részecskék nagy távolságra való összefonódásáról a műhold, valamint az adó, vevő és APT eszközök segítségével./Kínai Tudományos Akadémia/Juan Yin és mtsai./Tudomány

Kínai tudósok a műhold lézersugarát sugárosztónak vetették alá, ezáltal a sugár két különböző polarizált állapotát érték el. Az egyik „sugár” összefonódott fotonok továbbítására szolgál, míg a másik a fotonok befogadására. Így összefonódott fotonokat tudtak szállítani a földi állomásokra, amelyeket több mint 1000 km választ el egymástól.

Konkrétan, egy ultraragyogó kétfoton összefonódó űrforrás és a nagy pontosságú „megszerzés, mutatás és nyomon követés” (APT) technológia kifejlesztésével a csapat meg tudta állapítani a két foton közötti összefonódást, amelyet elválasztott a kettő közötti 1203 km. két további állomás.

"Ez a munka nagy lépés a kvantumkommunikáció jövője, valamint az alapkutatások szempontjából" - értékeli egy szakértő

"Gondos kísérleti eszközzel sikerült az úgynevezett Bell-tesztet (egy technikát annak kiderítésére, hogy a kvantumrészecskék valóban összefonódtak-e) 1200 km távolságra összefonódott párokon" - jelzi az IFT kutatója.

A kvantumteleportáció és a kommunikáció következményei

A szerzők szerint a nagy távolságú kvantum-összefonódás eloszlása, mint amilyen most elért, fontos következményekkel jár a kvantumteleportáció és a kommunikációs hálózatok szempontjából.

A teleportáció egy egyedülálló kvantumtechnológia, amely lehetővé teszi, hogy egy kvantumállapot önkényes módon távoli helyre kerüljön. Ennek eléréséhez elosztott kvantumos összefonódási állapotot használnak, bár bizonyos klasszikus információk továbbítására is szükség van.

Ez a fajta teleportálás nem továbbítja az energiát vagy az anyagot, és nem teszi lehetővé az információk nagyobb sebességgel történő kommunikációját, mint a fény sebessége, de nagyon hasznos lehet szuperbiztonságos kvantumszámításokban és kommunikációban. „Összességében ez a munka nagy lépést jelent mind a kvantumkommunikáció jövője, mind az alapkutatások szempontjából” - zárja le Esperanza López.

Bibliográfiai hivatkozás:

Juan Yin és mtsai. "Műholdas alapú kusza eloszlás 1200 kilométeren keresztül". Tudomány, 2017. június 16.

Kvantum összefonódás és teleportálás kezdőknek

"A kvantum összefonódása, a kvantumrendszerek alapvető tulajdonsága, az összetett rendszerek állapotát jellemzi, amelyekben egyes komponenseinek mérése befolyásolja azt az állapotot, amelyben a többiek megtalálhatók" - magyarázza Esperanza López, az Elméleti Fizikai Intézet (IFT) kutatója. a Madridi Autonóm Egyetem és a CSIC vegyes központja). "Meglepő tulajdonság, mert más külső hatások hiányában önkényesen nagy távolságokon keresztül tartják fenn, és azonnal megnyilvánulnak, annak ellenére, hogy a rendszer összetevői nagyon távol vannak egymástól. Ez arra késztette a nagy tudósokat, köztük Albert Einsteint, hogy javaslatot tegyen hogy a kvantumfizika nem nyújtja be a mikroszkopikus természet végső leírását.Ebbe a vitába döntő hozzájárulást nyújtott John S. Bell ír fizikus, megmutatva, hogy kísérletileg megkülönböztethető, hogy a kvantummechanikát ki kell-e egészíteni úgynevezett rejtett változókkal Az alapvető tulajdonság, amelyet használni kell, pontosan a kvantum összefonódása ".