Квантовый Интернет – уже реальность
Как говорят в таких случаях: «свершилось»!
Китайский квантовый спутник «Мо-Цзы» впервые передал реальные данные по защищенному каналу, связав австрийский Грац и китайский Синлун, между которыми 7,6 тысячи километров (статья опубликована 13 января 2018 года в журнале Physical Review Letters.)
«Для демонстрации работоспособности этой сети мы передали фото Мо-Цзы из Пекина в Вену и отправили обратно карточку Эрвина Шредингера. С помощью «Мо-Цзы» нам удалось показать, что мы можем конструировать межконтинентальные квантовые сети, а это открывает дорогу для создания глобального квантового интернета», — пишут Антон Цейлингер — руководитель Академии наук Австрии, и его коллеги.
В основе современных квантовых технологий лежит феномен квантовой запутанности.
Квантовая запутанность (термин, введенный Шрёдингером) — это ситуация, когда две или несколько частиц описываются одним квантовым состоянием, то есть если что-то происходит с одной из частиц, это одновременно затрагивает и все остальные частицы.
1935 году Альберт Эйнштейн поставил под сомнение принцип квантовой теории о том, что наблюдение одной частицы мгновенно влияет на состояние связанной с ней частицы, где бы она ни находилась. Это означает, что информация от частицы к частице передаётся быстрее скорости света, что Эйнштейн считал невозможным и несовместимым с теорией относительности.
Главным аргументом Эйнштейна и его сторонников было то, что знаменитый физики называл «призрачным действием на расстоянии» – невозможный с точки зрения теории относительности феномен того, что связанные друг с другом на квантовом уровне частицы, удаленные друг от друга на большие расстояния, будут менять свои свойства одновременно.
«Призрачное действие на расстоянии» означает, что некоторые атомы в нашем теле могут быть связаны с невидимой сетью атомов на другом конце Вселенной, так что движения нашего тела могут мгновенно влиять на состояние атомов за миллиарды световых лет от нас, порождая кажущееся нарушение законов общей теории относительности. Эйнштейну эта идея не нравилась, поскольку означала, что Вселенная нелокальна; то есть события здесь, на Земле, мгновенно влияют на события на другом конце Вселенной, а значит, информация туда передается быстрее света
В начале февраля 2017 года нобелевский лауреат Алан Гут и ряд других известных физиков заявили о первой проверке постулатов квантовой механики на галактическом уровне, используя источники света, удаленные друг от друга на 600 световых лет (новость опубликована в журнале Physical Review Letters). Физики впервые проверили квантовую физику на межзвездных расстояниях.
«При проверке квантовых теорий скептики всегда выдвигают один очень сложный и интересный вопрос – насколько мы свободны в выборе частиц, которые мы используем для проведения наших замеров. Возможно, что их выбор очень ограничен, что создает иллюзию «запутанности» состояний частиц, которой на самом деле нет. В данном случае мы «свалили» право такого выбора на саму Вселенную.
И, извини, Эйнштейн, но ты не прав», — заявил Эндрю Фридман (Andrew Friedman) из Массачусетского технологического института (США).
Явление квантовой запутанности играет важную роль в системах защищенной связи, которые полностью исключают возможность незаметной прослушки благодаря законам квантовой механики, запрещающим «клонирование» состояния частиц света. Сейчас системы квантовой связи разрабатываются в Европе, Китае и США.
В последние годы созданы десятки таких систем, узлы которых могут обмениваться данными на довольно больших расстояниях — до 200-300 километров. Но все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, что свет угасает при движении через оптоволокно.
Поэтому многие команды ученых задумались о переводе систем квантовой связи на космический уровень — через спутник, позволяющий восстанавливать или усиливать связь между запутанными фотонами. Первый аппарат такого рода — китайский спутник «Мо-цзы» вывели на орбиту в августе 2016 года.
Прошлым летом китайские и австрийские ученые впервые смогли провести орбитальную «телепортацию», обменявшись квантовыми ключами для видеоконференции между Пекином и Грацем.
И вот… команда «Мо-цзы» объявила о создании первой двухсторонней межконтинентальной системы квантовой связи. Пока она состоит из четырех узлов — самого спутника, лаборатории в Граце и двух станций слежения в Синлуне и Наньшане.
Как показали первые опыты с этой квантовой сетью, сигнал передается в ней очень хорошо — его качество примерно на 20 порядков выше, чем при передаче пучков частиц света через оптическое волокно той же длины, что и расстояние между спутником и станциями слежения (около 1,2 тысячи километров).
Как отмечают ученые, число узлов в сети можно произвольным образом наращивать, что позволяет использовать спутники связи, аналогичные «Мо-цзы» для создания первой глобальной квантовой сети (спутник назван в честь древнекитайского философа Мо-цзы).
