Китайские физики установили, что «квантовая запутанность» — состояние двух фотонов, позволяющее предсказывать поведение первого фотона, если известно состояние второго — сохраняется даже на расстояниях, которых невозможно достичь между частицами на земле.
© sakkmesterke / Фотодом / Shutterstock
Квантовая запутанность — в квантовой физике явление, при котором состояние двух или более объектов (как правило, частиц) взаимозависимо. То есть, если измерить параметр одной из двух запутанных частиц, параметр второй становится известен автоматически, и это происходит даже на расстоянии во много километров между частицами. По этой причине Альберт Эйнштейн называл квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии».
Если в эксперименте «запутать» пару фотонов, потом «отправить» один из них в другую страну, а затем измерить спин (характеристику, описывающую условное вращение фотона вокруг своей оси) первого фотона — то можно не сомневаться: спин второго фотона будет противоположен спину первого. Иностранные коллеги-ученые смогут это подтвердить.
В земных условиях ученые изучают «поведение» запутанных фотонов при помощи оптоволокна. Однако проводить достоверные эксперименты можно только на расстоянии приблизительно в 100 км. На большем расстоянии оптоволокно поглощает фотоны и искажает условия эксперимента.
Чтобы преодолеть ограничения оптоволокна, китайским ученым пришлось выйти в открытый космос. Поскольку летящий из космоса фотон большую часть пути преодолевает в космическом вакууме, который не поглощает фотоны, точность «космического» эксперимента на 4−8 порядков выше, чем прямая двунаправленная передача двух фотонов через оптоволоконный кабель.
В городе Цзюцюань китайские исследователи запустили предназначенный для квантовых исследований спутник «Micius» на высоту приблизительно 500 км. Во время эксперимента установленный на спутнике мощный лазер испускал по 5,9 миллиона запутанных пар фотонов в секунду.
В космосе «запутанные» фотоны разделялись. На земле их «ловили» мощные телескопы Cassegrain, установленные на трех станциях в Делинге, Лицзяне и Наньшане. В серии экспериментов ученые отправляли по одному фотону из спутанной пары на станции в Делинге и Лицзяне, а затем — на станции в Делинге и Наньшане.
Расстояние между орбитальным спутником и удаленными друг от друга наземными станциями на разных этапах эксперимента колебалось от 500 до 2000 км. В результате китайским исследователям удалось экспериментально подтвердить, что квантовая запутанность сохраняется между двумя одиночными фотонами, разделенными расстоянием приблизительно в 1 200 км.
Работа китайских ученых ляжет в основу квантовых информационных протоколов, которые используются для разработки «технологий будущего» — квантовой криптографии и квантовой телепортации. Результаты эксперимента помогут усовершенствовать квантовые сети, на основе которых создаются сверхскоростные и «сверхзашифрованные» связи между ведущими банками.
Статья опубликована в журнале Science
Источник: chrdk.ru
