Создать самый надёжный шифр или квантовый свет распутался, но физики запутали его обратно

Феномен квантовой запутанности, когда состояния двух или нескольких объектов — атомов, фотонов, ионов — связаны между собой, является основой современных квантовых технологий. Однако запутанные состояния очень хрупки и легко разрушаются. Поэтому передавать квантовую информацию на большие расстояния пока что невозможно.

Важным шагом в решении этой проблемы стал эксперимент, проведённый сотрудниками Российского квантового центра под руководством профессора Александра Львовского. Учёные разработали метод восстановления квантовой запутанности, которая была почти полностью разрушена после прохождения через канал с двадцатикратными оптическими потерями (статья с результатами эксперимента вышла в журнале Nature Photonics).

В качестве источника запутанных фотонов использовался нелинейный кристалл титанил-фосфата калия. Его «обстреливали» пикосекундными импульсами света, которые генерировал титан-сапфировый лазер. В результате в кристалле рождались запутанные пары фотонов. Их направляли по двум разным оптическим каналам. В одном из них свет подвергался двадцатикратному ослаблению с помощью затемнённого стекла, так что уровень запутанности падал почти до нуля.

Потом его снова повышали. Для этого световой импульс смешивали со вспомогательным одиночным фотоном на частично пропускающем свет зеркале. На одном из выходов этого устройства ставили детектор одиночных фотонов. Если он «щёлкнет», значит, фотон как вошёл в светоделитель, так и вышел. Казалось бы, состояние второго входного импульса не должно было измениться. Но в силу парадоксальных свойств квантовой интерференции это состояние меняется в сторону усиления его квантовых свойств.

«Конечно, за восстановление запутанности приходится платить: из миллиона слабо запутанных пар фотонов получается одна сильно запутанная. Но при этом уровень корреляции восстанавливается до первичной, и хотя скорость передачи данных несколько снижается, мы можем получить устойчивую связь на значительно большем расстоянии», — пишет соавтор исследования Александр Уланов.

Эта работа — один из этапов создания квантового повторителя — устройства, способного восстанавливать потери квантовой информации при передаче по оптоволоконным линиям связи. В перспективе это снимет ограничения для квантовой криптографии, а значит, позволит создавать самые надёжные в истории человечества замки и шифры.

 

От составителя: вот образец, как нужно писать просто на сложные темы, чтобы даже подростку было понятно. Что касается самого журнала «Кот Шрёдингера», то надо отдать ему должное – МОЛОДЦЫ!

Кстати, если у Вас или Ваших знакомых есть талантливые и умные детишки с 7 по 11 класс, то с 16 ноября 2015г. начинается регистрация на XX Всероссийскую интернет олимпиаду в области наносистем, наноматериалов и нанотехнологий (www.nanometer.ru).

Олимпиада состоит из двух туров*: заочного (интернет-тура) и очного.

Участники, показавшие наилучшие результаты в заочном туре будут приглашены на очный тур в МГУ имени М.В. Ломоносова. По решению РСОШ с 2009 года Олимпиада входит в реестр олимпиад, абитуриентам-победителям и призерам которых предоставляются существенные льготы при поступлении в Вузы.

*Более подробная информация будет размещена на сайте Олимпиады www.nanometer.ru.

Удачи Вашим детишкам!

Источник материала
Материал: Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №11 (13) за ноябрь 2015 г.
Иллюстрация: Фото: Российский Квантовый Центр
Настоящий материал самостоятельно опубликован в нашем сообществе пользователем Serg8888 на основании действующей редакции Пользовательского Соглашения. Если вы считаете, что такая публикация нарушает ваши авторские и/или смежные права, вам необходимо сообщить об этом администрации сайта на EMAIL abuse@proru.org с указанием адреса (URL) страницы, содержащей спорный материал. Нарушение будет в кратчайшие сроки устранено, виновные наказаны.

Читайте также:

Комментарии о материале (сверху свежие):
  1. Gemini (2015-11-05 12:57:43)
    мда...тема нахрена фотоны вообще запутывать не раскрыта...
  2. Serg8888 (2015-11-05 13:07:41)
    Это такой термин или квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Такая взаимозависимость сохраняется, даже если эти объекты разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий, что находится в логическом противоречии с принципом локальности. Например, можно получить пару фотонов, находящихся в запутанном состоянии, и тогда если при измерении спина первой частицы спиральность оказывается положительной, то спиральность второй всегда оказывается отрицательной, и наоборот. Вот и пытаются прогнать эти пары запутанных фотонов по разным оптическим каналам и попытатся восстановить запутанность - тут школьнику все понятно!
  3. Tim_duke (2015-11-05 15:04:50)
    Этот Serg8888 редкостный тролль, я бы сказал -- нано-тролль. На нашем уважаемом сайте постить такую хню -- это высший пилотаж!
  4. McLoud (2015-11-05 18:17:30)
    Физики есть, не???? А то, чета мне кажется, гонево.
  5. dp47 (2015-11-05 20:05:06)
    А как создают запутанность? Возможно ли запутать существующие частицы или они одновременно создаются запутанными? И как меняют состояние фотона? А как меряют его состояние?
  6. janitor (2015-11-05 20:58:23)
    О фотонах: Частица с отрицательной энергией - это "античастица". После открытия электрона, был открыт антиэлектрон, первая античастица. Его назвали позитроном: разница между ним и электроном заключается только в том, что у него заряд с плюсом, а не с минусом (+1.6*10^-19 Кл). Потом стали открывать другие античастицы, но местами поджидал облом: частица и соответствующая ей античастица полностью совпадали. Такие частички стали называть истинно нейтральными. Самый известный из таких - фотон. При электромагнитном взаимодействии везде летают эти непонятные фотоны; именно обмениваясь ими, вещества получают или теряют энергию!
  7. McLoud (2015-11-05 21:14:24)
    Ну, как бэ, корпускулярно-волновую теорию помню, а вот с помощью какой рыболовной сетки ловились нетрезвые фотоны? Спектрометры тут явно не к месту....
  8. Serg8888 (2015-11-05 21:31:10)
    Простите, что не сразу отвечаю, не живу на этой свалке (тыренете). Так в чем проблема-то? Напишите обо мне какую-нибудь гадость Глагне, обвините во всех тяжких, мол мешаю оттягиваться на быдлопакостях, смаковать их. Не нравится Вам всякое наукообразие, а упоминание об успехах отечественной нанотехнологии вызывает приступы чванливого ренесанса, что расстраивает Ваше великое пищеварение в мозгах. Глядишь и забанит. Что, не впервой предавать? Опыта маловато? Так еще все впереди. Удачи, Вам в этих поисках!
  9. McLoud (2015-11-05 22:10:06)
    Любезнейший, я ни разу не физик. Но подаваемый Вами материал, мне кажется, немного петрикообразен. Какие-то общие фразы про разнесенные в пространстве фотоны без упоминаний про техоснащение, фамилии авторов разработок, учреждения - все это действительно произведет впечатления только на школьника. Причём тут быдлопакости, про которые Вы рыдаете. Если владеете какой либо темой, уверяю, всем будет интересно узнать новое.
  10. 2244 (2015-11-05 22:18:12)
    говорят- Эйнштейн бы не одобрил... с другой стороны, Нильсону Б, понравилось бы )
  11. petr_ostov (2015-11-05 22:52:47)
    Такое впечатление, что при "распутывании" пар взаимосвязанных элементарных частиц в одном месте, а затем "запутывании" в другом месте, можно, таки, получить не так называемую квантовую, а самую что ни на есть ... э-э-э телепортацию. И хотя речь идет только о передаче информации. Правда пока есть вариант не "запутаться".
  12. janitor (2015-11-05 23:04:40)
    Ситуацию можно описать так: 1) есть два состояния, |+1> (спин вверх) и |-1> (спин вниз); 2) в принципе, это - кошерные состояния, в которых фотон может существовать; 3) однако если не прилагать специальных усилий, фотон "размажется" по обоим состояниям и его состояние будет что-то вроде |+1> + |-1>, состояние, в котором фотон не обладает определённым направлением спина. Это есть "суперпозиция состояний". Подробнее можно развлечся: "Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена и когерентные (entangled) пары фотонов" Эсксперимент с erasure может выглядеть так: создаём когерентные (entangled) пары фотонов...
  13. McLoud (2015-11-05 23:35:16)
    Та то классика, а интересно про взаимодействие разнесенных пространстве фотонов, да ещё при этом чем-то уловленных/зарегистрированных. И да, фотон обладает и волновыми свойствами, куды легче вписывается перемена заряда. Вот тока чета с трудом представляются две запутанных электромагнитных волны, эдакие две запутавшиеся синусоиды в пространстве, прям как сферический конь.
  14. McLoud (2015-11-05 23:37:40)
    Лехко, ща приму на грудь и позапутаю всё нафих, в том числе и фотоны.
  15. jaff_13 (2015-11-08 01:33:21)
    по идее, любое происшествие с фотонами, которое накладывает какие-то ограничения на их взаимные свойства, например, на поляризацию - делает их запутанными. При этом по отдельности их поляризации могут быть случайными, но если вы определите (измерите) поляризацию одного - при этом сразу определяется поляризация другого. Что интересно, до этого они могут разлететься друг от друга на достаточно далекое расстояние от точки взаимодействия. И, несмотря на это, как только измерена поляризация одного - мгновенно фиксируется поляризация другого. В принципе, это выглядит некоторым противоречием со спец. теорией относительности. Как-то это разруливается; я не совсем пока понимаю, но какие-то слова про это говорят.
Чтобы писать свои комментарии - надо залогиниться на сайте. Тогда и вид комментариев станет более красивым.