Впервые достигнута прямая квантовая коммуникация

Ученые Научно-технического университета Китая смогли экспериментально доказать существование одной из самых странных форм квантовой коммуникации — контрфактической коммуникации, когда между двумя реципиентами не перемещаются квантовые частицы.

Физики-теоретики давно предсказывали возможность такой формы коммуникации, но теперь они впервые смогли добиться этого состояния экспериментально — передав черно-белое изображение в формате bitmap из одного места в другое, не пересылая физических частиц, сообщает Science Alert.

В отличие от квантовой запутанности, прямая контрфактическая коммуникация использует феномен, известный как «квантовый парадокс Зенона», который возникает при частом измерении нестабильных квантовых систем. Поскольку каждое наблюдение или измерение за системой меняет ее в квантовом мире, нестабильные частицы не могут распасться, пока их состояние измеряют. В предельном случае нестабильная частица в условиях частого наблюдения за ней никогда не может распасться.

Контрфактическая квантовая коммуникация основана на этом парадоксе и определяется как перенос квантового состояния с одного места на другое без передачи квантовой или классической частицы между ними. Для этого требуется соединить эти оба места квантовым каналом, при этом всегда существует небольшая вероятность, что квантовая частица пересечет этот канал. Если это происходит, старая система уступает место новой, и так далее.

Для того чтобы создать такую сложную систему, ученые китайского университета разместили два однофотонных детектора в портах вывода массива светоделителей. Из-за действия квантового парадокса Зенона система заморожена в определенном состоянии, поэтому возможно предсказать, какой из детекторов сработает при движении фотона сквозь него.

Следует также напомнить, что в квантовом мире все фотоны можно описать волновыми функциями, а не частицами. Так что передача сообщений светом возможна без прямой отправки частицы.

Во время эксперимента сама фаза света стала носителем информации, а интенсивность света не имела воздействия на эксперимент, пишет Phys.org. Ученые переслали монохромное изображение китайского узла: черные пиксели определялись логическим «0», а белые — «1».

Это не только большой шаг вперед для квантовой коммуникации, но и возможность использовать технологию для получения изображений древних артефактов, слишком чувствительных, чтобы подвергать их воздействию света.

Развитие квантовой коммуникации — один из пунктов плана, принятого в Китае на ближайшие 10-20 лет. К нему относится и первая коммерческая линия квантовой связи протяженностью 260 км, соединившая в марте Шанхай и Ханчжоу.