Kinijos mokslų akademijos fizikai pranešė apie pirmuosius mokslinius kvantinio ryšių palydovo QUESS rezultatus. Aparatu susieti fotonai sklido rekordiškai toli, daugiau nei 1200 kilometrų — tai 12 kartų daugiau nei ankstesniuose eksperimentuose. Eksperimentas dar kartą patvirtino, kad susietos dalelės pažeidžia lokalumą. Vėliau planuojama kvantiniu palydoviniu ryšiu susieti Vieną ir Pekiną bei atlikti kvantinės teleportacijos eksperimentus. Tyrimas publikuotas žurnale Science ir pateko ant naujojo numerio viršelio.

Dalelių susietumas — vienas iš neįprastų kvantinio pasaulio objektų. Jos tam tikra prasme pažeidžia svarbią klasikinės fizikos savybę — pasaulio lokalumą. Ši savybė reiškia, kad įvykis viename taške negali iš karto paveikti fizinės realybės kitame taške. Būtina, kad informacija apie šį įvykį kokiu nors būdu — pavyzdžiui, elektromagnetinėmis bangomis — pasiektų antrąjį tašką. Informacijos perdavimą didesniu nei šviesos greičiu vakuume draudžia specialioji reliatyvumo teorija.

Jei vykstant kokiam nors procesui, susidaro dalelių pora, jų būsena yra tarpusavyje susijusi. Jos elgiasi kaip viena sistema, netgi kai būna atskirtos dideliu atstumu. Vienos iš poros dalelės būsenos išmatavimas pakeičia visą sistemą, ir taip iš karto pakeičia fizinę antros poros dalelės realybę.

Lokalumo pažeidimas nustatomas Bello nelygybėmis. Eksperimento statistikoje jos gali parodyti, ar tarpusavyje susietos dalelės iš anksto „susitaria“, kaip reaguoti į išmatavimą, ar visgi vyksta momentinis ir nelokalus dalelių būsenos pokytis. Bello nelygybių pažeidimai ne kartą buvo pademonstruoti tarp susietų dalelių iki 100 km atstumu. Tačiau, kaip pažymėjo „kvantinio palydovo“ misijos vadovas Pan Jianwei, fizikus domina, ar egzistuoja kokia nors atstumo riba.

Be grynai fundamentalaus intereso, didesniu atstumu perduodant susietas daleles, galima realizuoti kvantinį teleportavimą ar tiesioginį saugų kvantinį ryšį. Tai būtina saugiam duomenų perdavimui.

Susietas daleles dideliu atstumu perduoti Žemės paviršiuje sudėtinga. Kiekvienas metras sklidimo silpnina optinį signalą, o dauguma eksperimentų vyksta, perduodant atskirus fotonus. Darbo autorių vertinimu, jei kelias bus iš dviejų 600 km ilgio optinių kabelių, abu susieti fotonai detektorius pasieks 10⁻¹²/s dažniu, arba kartą per 30 tūkstančių metų. Kosmose fotonai sklaidomi daug silpniau — nėra turbulencijos atmosferoje, nei optinio pluošto defektų.

Kosminiu aparatu „Mo Ti“ fizikmas pavyko paskirstyti susietus fotonus tarp dviejų observatorijų, tarp kurių atstumas buvo iki 1203 kilometrų. Eksperimento schema tokia: kosminiame aparate buvo įrengtas ryškus susietų fotonų šaltinis — kristalas, kuriame vyko spontaninis parametrinis išsklaidymas – vieno fotono virtimas dviem mažesnės energijos fotonais. Šaltinis formavo apie šešis milijonus susietų fotonų per sekundę. Paskui poros fotonai buvo siunčiami dviem teleskopais į antžemines observatorijas: Delingha (Tibete), Nanshan (Urumqi) ir Gaomeigu (Yunnan). Tiek palydovo teleskopai, tiek ir obeservatorijų teleskopai imtuvai, turėjo būti labai tiksliai nutaikyto — „Mo Ti“ orbita skrieja ~8km/s greičiu.

Pasak autorių, daugiausiai pavienių fotonų prarandama apatiniame 10 km Žemės atmosferos sluoksnyje. Nuo palydovo iki antžeminių stočių yra 500 – 1700 kilometrų. Tokiomis sąlygomis fizikams pavyko užfiksuoti >1000 įvykių, kai abu susietos poros fotonai pasiekė antžemines observatorijas — maždaug po vieną įvykį iš šešių milijonų pasiųstų fotonų porų. Susietumą ir lokalumo pažeidimą mokslininkai tikrino, analizuodami fotonų porų tarpusavio poliarizaciją. Keturių standartinio nuokrypių statistiniu patikimumu tyrėjai parodė, kad dalelių poliarizacija tarpusavyje buvo statmena dažniau, nei būtų galima tikėtis, lokalumo išsaugojimo atveju.

Mokslininkai pažymi, kad nepaisant sėkmingo kvantinio susietumo demonstravimo tokiais didžiuliais atstumais, apie praktinį pritaikymą kalbėti neverta dėl mažo fotonų perdavimo greičio. Tačiau per artimiausius penkerius metus Kinijos mokslų akademija planuoja paleisti naujus palydovus, perduodančius galingesnius fotonų srautus — jų veikimui netrukdys Saulės ar Mėnulio šviesa. Tokios sistemos jau gali būti realiai panaudotos praktiškai.

Kituose misijos etapuose Pan Jianwei planuoja pasinaudoti palydovu kvantiniam rakto — šifravimo rakto sudarymo algoritmo, nuo „pasiklausymo“ apsaugoto kvantinės mechanikos dėsniais, – perdavimui. Iš pradžių raktas bus perduodamas tarp Kinijos observatorijų, o ateityje ir tarp Kinijos bei Austrijos. Be to, mokslininkai planuoja įgyvendinti palydovinę kvantinę teleportaciją. Žurnalui Nature duotame interviu fizikas užsiminė ir apie susietų fotonų siuntimo tarp Žemė ir Mėnulio planus.

Be atstumo, kuriuo vyksta lokalumo pažeidimas, fizikai ištirs laiko koreliacijų mastelius. 2016 metais tarptautinis mokslininkų kolektyvas panaudotojo tolimų žvaigždžių šviesą kaip atsitiktinių skaičių generatorių. Taip pavyko pašalinti galimybę, kad susietos šviesos dalelės galėjo „susitarti“ dėl savo elgesio eksperimento metu dar iki savo gimimo.

V. Koroliov

nplus1.ru

Komentarai ()