RW Space

Квантовая коммуникация — это странный зверь, но одна из самых странных из предложенных ее форм называется контрфактической коммуникацией — типом квантового общения, при котором частицы не перемещаются между двумя получателями.

Физики-теоретики уже давно предполагают, что такая форма общения была бы возможной, но в 2017 году впервые исследователи смогли ее экспериментально достичь — перенести черно-белое растровое изображение из одного местоположения в другое без отправки каких-либо физических частиц.

Если это звучит немного слишком для вас, не волнуйтесь, это ведь квантовая механика. Это должно быть сложно. Но как только вы сломаете свой мозг, контрфактивное квантовое общение на самом деле не будет таким странным, как кажется.

Прежде всего, давайте поговорим о том, как это отличается от обычной квантовой связи, также известной как квантовая телепортация, является ли это также формой передачи информации без частиц?

Ну, не совсем. Обычная квантовая телепортация основана на принципе связей — две частицы неразрывно связаны друг с другом, так что, что бы ни случилось с одной, автоматически повлияет на другую, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга.

Это то, что Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии», и ученые уже использовали его для отправки сообщений на огромные расстояния.

Но эта форма квантовой телепортации все еще зависит от передачи частиц в той или иной форме. Эти две частицы обычно должны быть вместе, прежде чем сообщение будет передано.

Альтернативно, частицы могут быть связанны на расстоянии, но обычно для перемещения между ними требуется другие частицы, например фотоны (частицы света).

Прямое контрфактивное квантовое общение с другой стороны зависит от чего-то другого, кроме квантовой связи. Вместо этого используется явление, называемое квантовым эффектом Зенона.

Очень просто, квантовый эффект Зенона возникает, когда неоднократно обнаруживается нестабильная квантовая система.

В квантовом мире, когда вы смотрите на систему или измеряете ее, система меняется. И в этом случае нестабильные частицы никогда не могут распасться во время их измерения (точно так же, как чайник, который никогда не закипит), поэтому квантовый эффект Зенона создает систему, которая эффективно замораживается с очень высокой вероятностью.

Если вы хотите вникнуть немного глубже, видео ниже дает отличное объяснение:

Контрфактивная квантовая коммуникация основана на этом квантовом эффекте Зенона и определяется как передача квантового состояния от одного участника к другому без передачи какой-либо квантовой или классической частицы между ними.

Это требует, чтобы квантовый канал проходил между двумя участниками, что означает, что всегда есть небольшая вероятность того, что квантовая частица пересечет канал. Если это произойдет, система обнуляется и устанавливается новая.

Чтобы создать такую ​​сложную систему, исследователи из Университета науки и технологии Китая разместили два однофотонных детектора в выходных портах последнего из множества светоделителей.

Из-за квантового эффекта Зенона система зависла в определенном состоянии, поэтому можно предсказать, какой из детекторов «щелкнет» при прохождении фотонов. Ряд вложенных интерферометров измеряет состояние системы, чтобы убедиться, что оно не изменяется.

Это работает на основе того факта, что в квантовом мире все легкие частицы могут быть полностью описаны волновыми функциями, а не частицами. Таким образом, внедряя сообщения в свет, исследователи смогли передать это сообщение, даже не отправив непосредственно частицу.

Команда объяснила, что основная идея для этой установки пришла от технологии голографии.

В 1940-х годах была разработана новая технология визуализации — голография — для записи не только интенсивности света, но и фазы света», — писали исследователи в журнале Proceedings Национальной академии наук еще в 2017 году.

«Тогда можно задать вопрос: можно ли использовать саму фазу света для визуализации? Ответ — да».

Основная идея такова: кто-то хочет послать изображение, к примеру, Алисе, используя только свет (который действует как кванта, а не частица в квантовой сфере).

Алиса передает одиночный фотон на вложенный интерферометр, где он может быть обнаружен тремя однофотонными детекторами: D0, D1 и Df.

Если D0 или D1 «щелкают», Алиса может сделать логический результат, равный единице или нулю. Если Df щелкает, результат считается неокончательным.

Как Кристофер Пэкхем объяснил для Phys.org в то время:

После передачи всех битов исследователи смогли заново собрать изображение — монохромное растровое изображение. Черные пиксели были определены как логическая 0, а белые пиксели были определены как логическая 1 …

В эксперименте сама фаза света стала носителем информации, а интенсивность света не имела отношения к эксперименту.

Мало того, что это большой шаг вперед для квантовой коммуникации, команда объясняет, что это технология, которая также может быть использована для визуализации чувствительных древних артефактов, которые не могут находится под прямым светом, падающим на них.

Результаты все еще должны быть проверены исследователями, чтобы убедиться, что исследователи увидели, было истинным примером контрфактивного квантового общения.

В любом случае, это довольно крутая демонстрация того, насколько странным и неизученным является квантовый мир.