В сентябре 2016 года группа канадских ученых провела опыт по применению квантовой телепортации, который еще на один шаг приблизил “революцию” в сфере связи и информационных технологий.

Квантовая физика — это та область науки, познав которую, ученый обретет “сверхсилу”. Тот, кто будет разбираться в мире атомов и субатомных частиц, сможет совершать удивительные вещи, например, осуществлять телепортацию. Нет, конечно, она не применима к живым организмам или даже неодушевленным предметам. Речь идет о квантовой телепортации, когда на определенное расстояние с помощью фотонов (частиц света) передается зашифрованная информация. Если человечество научится этому, то в будущем появятся такие каналы связи, которые невозможно взломать ни одной хакерской программой. Будет создан квантовый Интернет.

Квантовая телепортация — это передача квантовой информации атома, которая закодирована в частицах света (фотонах), по двум специально созданным каналам связи. Данные атома разделяют между собой и посылают по этим каналам, а в принимающем пункте информация “соединяется” и воссоздается в полном объеме. Передавать такие данные можно на совершенно любое расстояние, но скорость передачи не может превышать скорость света.

Первые опыты

Проводить эксперименты в области квантовой телепортации ученые начали в конце 90-х. До этого времени в их умах существовало лишь теоретическое представление о возможностях нового метода защиты коммуникации.

В 1997 году физики впервые попытались с помощью описанных выше принципов телепортировать импульсы света. Потом старались передать одиночные атомы на совсем маленькое расстояние — один миллионный метр. Так постепенно специалисты пришли к современному пониманию квантовой телепортации, то есть к тому, для чего она будет применяться: новой закодированной связи.

В 2003 году ученые из Женевы первыми телепортировали фотоны по оптоволокну на расстояние 6 километров. В 2010 году их партнеры из Китая передали частицы света по воздуху на 16 километров. Надежность передачи составила 89%. В 2012 те же китайцы осуществили передачу квантовых данных атомов через атмосферу. Атомы телепортировали между двумя островами Канарского архипелага на расстояние 97 километров. Успех составил 80%. В 2014 году швейцарским ученым через оптоволокно удалось телепортировать фотон прямо в кристалл, твердое тело разместили в 25 километрах. В 2015 году была попытка телепортировать закодированные частицы света по оптоволокну на 100 километров. Надежность составила лишь 1%.

Проблема

Конечно, результаты этих опытов давали научному миру ценный багаж знаний в квантовой зашифрованности. Однако в ходе опытов возникали “подводные камни”, которые мешали ученым двигаться дальше. Проблемы начинались, когда ученые пытались передавать закодированные данные на большие расстояние. Посылаемая через фотоны информация пропадала и не доходила до “финиша”. Возможно, виной потери сигнала была неподходящая среда, с которой фотоны взаимодействовали в час выполнения своей миссии, а может не хватало скорости передачи частиц.

Физики из канадского города Калгари немного приблизились к разгадке. Оказалось, дело в скорости. Чем больше скорость фотонов, тем дальше их можно отправить, и тем точнее будет передача. В сентябре 2016 года канадцам удалось по оптоволокну, проведенному через один из городских кварталов, телепортировать 17 фотонов в минуту (это немного больше, чем в других, более ранних экспериментах), используя более чувствительные излучатели и приборы. Надежность передачи составила 92%. Вот что говорит об этом один из членов команды Даниэль Облак.

Сверхпроводящий прибор помог нам разогнать одиночный фотон до нужной скорости. Те приборы, которые мы использовали ранее, нам в этом помочь не могли

Эксперимент канадских физиков вряд ли можно назвать успешным: количество передаваемых фотонов в минуту еще слишком мало, чтобы ученые могли передавать их на дальние расстояния. Но на один шаг к появлению квантового Интернета ученые стали ближе.

Квантовый Интернет

Сегодня начинают появлятся квантово-запутанные системы, столь необходимые для создания Интернета нового поколения.

Одно дело, когда передаешь квантовую информацию один раз из точки А в точку B. Другое дело, когда эти данные нужно распределить, сохранить или сделать так, чтобы фотоны могли обмениваться ими. Современные физики, благодаря накопленному опыту, научились “запутывать” частицы света так, что свойства фотонов, неважно на каком расстоянии они находятся друг от друга, остаются связаны между собой в пространстве. Все, что влияет на состояние одной частицы, будет влиять и на состояние другой, даже если их разделяют тысячи километров.

Представьте, что у вас есть две запутанные частицы. Назовем их ФОТОН 1 и ФОТОН 2. Вы решили отправить ФОТОН 2 очень далеко. Где-то там, на другом конце света, ФОТОН 2 встретился с ФОТОНОМ 3, и эти ребята вступили в связь. Данные, заложенные в ФОТОНЕ 3, могут быть переданы ФОТОНУ 2 и автоматически “телепортируются” в запутанный двойник, ФОТОН 1. Эта бесконтактная передача информации происходит несмотря на то, что ФОТОНЫ 1 и 3 никогда не встречались.

С помощью такой “запутанности” частиц света можно безопасно обмениваться секретными сообщениями. Если попытаться извне изменить один фотон, автоматически меняется и другой: это разрушает исходный сигнал и выявляет преступника.

Сегодня квантово-запутанные системы тестируют во многих отраслях: в американской космической отрасли (NASA), финансовой, военной. Запутанные фотоны стараются передавать не по воздуху, а по оптоволокну, так как это самый подходящий вариант для телепортации частиц света. Передавать фотоны через атмосферу можно лишь ночью. Дневной свет мешает специалистам осуществлять квантовою телепортацию.

Решение проблемы скорости

В скором времени планируется создание квантовых ретрансляторов, которые станут дополнительным телепортом для переброски запутанных фотонов на большое расстояние. Когда ученые научатся перебрасывать частицы света на сотни километров, первым делом, говорит Даниэль Облак, специалисты установят квантовую связь между МКС и Землей.