Физики провели обмен квантовой запутанности на расстоянии 100 километров

Физики провели обмен квантовой запутанности на расстоянии 100 километров

Китайские ученые смогли произвести обмен квантовой запутанности между фотонами из квантово-запутанных пар, разделенных оптоволокном длиной более 100 километров. Этот результат превосходит по расстоянию все предыдущие аналогичные попытки и расширяет возможности квантовой телепортации с обменом запутанности до междугородных масштабов. Результаты исследования опубликованы в Optica.

Квантовая запутанность — способность двух фотонов сохранять взаимосвязанное квантовое состояние. При изменении квантового состояния одного из фотонов моментально изменяется состояние и второго. Примечательно, что при сохранении когерентной связи между двумя фотонами, запутанность можно наблюдать для любого расстояния между ними.  Это свойство ученые предложили использовать для механизмов квантовой телепортации — моментальной передачи квантовой информации на расстоянии. Для того, чтобы избежать декогеренции фотонов и потери запутанного состояния, была предложена концепция квантового повторителя. В основе этой концепции лежит использование обмена запутанностью (entanglement swapping) между фотонами из двух независимых квантово-запутанных пар. Это приводит к тому, что информация о квантовом состоянии может состоянии может передаваться даже между двумя фотонами, которые находятся на большом расстоянии друг от друга и изначально не были запутаны между собой.

Принципиальная возможность осуществлять квантовую телепортацию с помощью такого обмена была показана как для спутниковой, так и для оптоволоконной передачи фотонов на расстоянии около 100 километров. Однако все эти механизмы осуществлялись только для обмена между фотонными парами, которые были получены с помощью одного источника. Для того, чтобы действительно экспериментально подтвердить обмен запутанности, нужно как минимум два независимых источника запутанных фотонов и отсутствие причинно-следственной связи между событиями, которые приводят к изменению квантового состояния фотонов.

В своем новом исследовании китайские ученые использовали два источника запутанных фотонов с частотой 1 гигагерц, и провели полевой тест по обмену в оптоволоконном кабеле длинной 103 километра. 77 километров этого кабеля находились внутри лаборатории, 25-километровый участок пролегал под землей и еще примерно один километр кабеля находился на открытых участках, подвергаясь воздействию внешних шумов.

В результате эксперимента ученым удалось произвести обмен запутанного состояния между фотонами из точек A и B. Потери сигнала при пересылке составляли не более 16 децибел, что примерно на 20 децибел значительно превосходит предыдущие эксперименты. Таким образом ученые показали, что комбинируя участки спирального и разветвленного оптического кабеля, можно создавать системы квантовой телепортации с обменом запутанностью, в которой точки разнесены между собой на 100 километров.

Обмен запутанностью - крайне важная задача для создания квантовых повторителей и увеличения длины квантовой телепортации. Недавно ученые смогли создать систему, в которой фотоны из двух независимых запутанных пар могут обмениваться еще и орбитальном угловом моментом, что резко увеличило количество возможной для передачи информации. А максимальное расстояние квантовой телепортации без обмена запутанностью уже превышает тысячу километров.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Геометрия помогла определить степень квантовой запутанности
Физики из Ноттингемского университета в Великобритании предложили простой геометрический способ определения степени запутанности двух, трех или четырех кубитов — квантовых аналогов классических битов. Исследование авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о нем сообщается на сайте Phys.org.Ученые ..
2016-02-23 1197 0 Научные открытия
1
Физики наблюдали квантовую запутанность в системе квазичастиц
Австрийские ученые наблюдали явление квантовомеханической запутанности и ее распространение в системе квазичастиц. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature, кратко с ними можно ознакомиться на сайте Инсбрукского университета имени Леопольда и Франца. Физики исследовали квантовые состояния цепочки ..
2014-07-12 1112 0 Научные открытия
0
Российские физики восстановили запутанность «распутавшегося» квантового света
Российские ученые разработали метод восстановления квантовой запутанности и проверили его экспериментально. Работа физиков расширяет возможности квантовой связи и квантовой криптографии. Результаты своих исследований они опубликовали в журнале Nature Photonics, а кратко о них сообщается в пресс-релизе Российского квантового центра, ..
2015-10-13 995 0 Научные открытия
0
Физики объяснили роль гравитации в проявлении квантовых свойств
Физики из Австрии объяснили роль гравитации в подавлении проявления квантовых свойств микромира. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics. Исследование микромира — взаимодействий элементарных частиц — проводится, как правило, на низких энергиях в пренебрежении эффектами гравитации. Однако ..
2015-06-16 6350 0 Научные открытия
0
Ученые получили изображения кота Шредингера
Физики из Вены и Нью-Йорка впервые продемонстрировали снимки камеры, когда последняя не видела оригинал изображения. Визуализация, сделанная аппаратом при помощи трафарета и лазеров, имеет форму кошек и символически напоминает о квантовом эффекте кота Шредингера. Результаты своих исследований ..
2014-08-28 1582 0 Научные открытия
0
Фотоны телепортировали на рекордное расстояние
Китайские физики осуществили телепортацию фотонов на рекордное расстояние в 97 километров по открытому воздуху. Работа ученых пока не принята к публикации, но ее препринт доступен на сайте Корнельского университета. Передачу запутанных фотонов проводили с помощью лазера мощностью в 1,3 Ватта над озером, расположенным на уровне ..
2012-05-12 1697 2 Научные открытия
0
Ученые установили новый рекорд в квантовой телепортации
Ученым удалось добиться новых успехов в области квантовой телепортации. Исследователи смогли преуспеть в передаче через оптоволоконный кабель квантового состояния частиц света (фотонов) на расстояние 25 км. Эксперимент был основан на квантово-запутанных частицах — так называют квантовые объекты, которые ..
2014-12-11 1727 0 Научные открытия
0
Физики осуществили квантовую телепортацию на 25 километров
Физики телепортировали квантовое состояние фотона на расстояние 25 километров. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Photonics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте AlphaGalileo. В своем эксперименте ученые разнесли два запутанных фотона на расстояние в 25 километров по оптическому ..
2014-09-23 1696 0 Научные открытия
1
Физики впервые проверили принцип Ландауэра на практике
Физики впервые на практике продемонстрировали так называемый принцип Ландауэра. Статья ученых появилась в журнале Nature. Принцип Ландауэра был сформулирован работавшим на тот момент в IBM Рольфом Ландауэром в 1961 году. Этот принцип утверждает, что вне зависимости от технической реализации вычислительной системы, при стирании одного ..
2012-03-12 1438 0 Научные открытия
0
Физики наблюдали странное движение электрона
Ученые из Японии и Австрии исследовали энергетические уровни Ландау свободного электрона при его движении в магнитном поле. Результаты своего исследования авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте RIKEN. Энергетические уровни Ландау возникают при движении ..
2014-08-09 1650 0 Научные открытия
0
Поставлен новый рекорд квантовой телепортации
Международная команда физиков под руководством Антона Цейлингера (Anton Zeilinger) установила новый рекорд, осуществив квантовую телепортацию между двумя островами Канарского архипелага на расстояние 143 километра. Эксперимент был проведён еще весной 2012 года, но результаты опубликованы в журнале Nature только ..
2012-09-10 1414 0 Научные открытия
0
Физики создали источник равных одиночных фотонов
Физики из Швейцарии, Франции и Германии создали источник света, который испускает одиночные фотоны равной длины волны. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Phys.org. Созданный учеными источник ..
2015-09-08 3176 0 Научные открытия
1
Физики создали новую теорию времени
Физики предположили, что минимально возможный в физической Вселенной масштаб времени на несколько порядков больше планковского времени. Более того, существование такого масштаба меняет фундаментальные уравнения квантовой механики, а вместе с этим — и представления о природе времени. Авторы настаивают ..
2016-02-04 2501 0 Научные открытия
1
Подтверждена 80-летняя физическая теория
Итальянские и польские физики впервые наблюдали свойства вакуума, существование которых прогнозировалось в 1930-х годах квантовой электродинамикой. Поясняющее видео доступно на YouTube-канале Европейской южной обсерватории.Наблюдения показали, что вакуум подвержен квантовому эффекту двойного лучепреломления. «В рамках квантовой ..
2016-12-02 2391 0 Научные открытия
0
Ученые впервые наблюдали квантовый парадокс Чеширского кота
Физикам Франции, Австрии и США в Институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция) удалось провести эксперимент, в результате которого они измерили магнитный момент нейтрона независимо от положения самого нейтрона. Явление, которое наблюдали ученые, называется парадоксом Чеширского кота. Результаты своих ..
2014-07-30 1773 0 Научные открытия
0