Впервые фотон телепортировали с одного чипа на другой

    Эксперимент провели специалисты из Бристольского университета. Новая технология поспособствует развитию квантовых компьютеров на кремниевых схемах. Рассказываем, как устроена их система. Также рассмотрим несколько сторонних проектов, связанных с квантовой телепортацией.


    Фото — Steve Jurvetson — CC BY / Фото изменено

    В чем суть технологии


    Квантовая телепортация — это процесс, подразумевающий перенос квантового состояния на расстояние при помощи запутанных фотонов. Они разрушаются в точке отправления и воссоздаются в точке приема. В перспективе эту особенность можно использовать для передачи информации.

    Первой перенос частицы в пределах одного кремниевого чипа — на 6 мм — произвела группа физиков из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) в 2013-м.

    Но в конце прошлого года их коллеги из Бристоля усовершенствовали технологию и первыми в мире телепортировали фотон между микросхемами. Это достижение — еще один шаг к разработке квантовых сетей и компьютеров на кремниевых чипах.

    Как это работает


    Она построена на нелинейных источниках фотонов и линейных квантовых схемах. Физики использовали миниатюрные передатчики и приёмники размером не более пяти миллиметров.

    Сам процесс телепортации проходит в несколько этапов:

    • Источник генерирует две пары запутанных фотонов.
    • Они поступают в специальную схему, после прохождения которой их параметры измеряются и считываются сетью интерферометров Маха — Цендера.
    • Один фотон отправляют к приемнику, установленному на другой микросхеме, по оптоволокну. Там его параметры вновь измеряются интерферометрами.

    Специалисты Бристольского университета также провели эксперимент с четырьмя источниками и продемонстрировали состояние Гринбергера — Хорне — Целлингера (стр.3). Оно характеризуется квантовой запутанностью системы минимум из трех кубитов.

    Степень совпадения квантовых состояний при их переносе с чипа на чип составила 88,5%. Цифра сопоставима с аналогичным показателем для телепортации на одной микросхеме (стр.4). Такой точности достаточно, чтобы эффективно передавать информацию по оптоволоконным каналам. Но для реализации отказоустойчивого квантового компьютера, этот параметр должен достигнуть планки в 99%. Команда физиков отмечает, что продолжит исследования в этом направлении.

    Другие эксперименты


    Летом прошлого года инженеры из Йокогамского государственного университета в Японии провели телепортацию частицы света внутри алмаза. Используя микро- и радиоволны, исследователи связали спин электрона с ядерным спином углерода. Затем в систему ввели фотон – электрон сразу его поглотил и передал информацию о нем второй частице. По сути, инженерам удалось сформировать миниатюрный квантовый повторитель для развертки сетей.

    В августе 2019-го китайские ученые успешно телепортировали кутрит — ячейку с тремя возможными состояниями. Для этого они собрали сложную оптическую систему из лазеров, лучевых делителей и кристаллов бората бария. Примерно в то же время аналогичный эксперимент провела интернациональная команда исследователей во главе с австрийским физиком Антоном Цейлингером (Anton Zeilinger).


    Фото — Donald Giannatti — Unsplash

    
Ряд специалистов ведет разработки, связанные с телепортацией фотонов в космосе. Одним из первых в 2016 году такой спутник запустил Китай. С помощью лазера он передал кубит на расстояние 1200 километров — с орбиты на принимающую станцию в Тибете.

    Подобные технологии открывают путь к развертке глобальных квантовых сетей. Возможно, уже в ближайшем будущем они позволят объединить привычные нам компьютеры с квантовыми машинами на кремниевых компонентах.


    Мы в 1cloud.ru предлагаем услугу «Виртуальный сервер». Вы можете поднять удаленный VDS/VPS-сервер всего за две минуты. Новым клиентам — бесплатное тестирование.

    Мы используем оборудование enterprise-класса от Cisco, Dell, NetApp. Виртуализация построена на гипервизоре VMware vSphere.

    1cloud.ru
    IaaS, VPS, VDS, Частное и публичное облако, SSL

    Комментарии 28

      +1
      В перспективе эту особенность можно использовать для передачи информации.
      везде и всегда пишут, что передача информации со скоростью выше скорости света — невозможна никак, ни за что, и ни под каким видом. Это есть краеугольный камешек (не помню чего, но очень почитаемого пока еще).
      Прошу разъяснить.
      По приведенной Вами ссылке все слишком сложно для гугло-переводчика — мож, Вы переведете в продолжение этого перевода?
      Заранее благодарю!
        0
        >везде и всегда пишут, что передача информации со скоростью выше скорости света — невозможна никак

        Не заметил, что в статье где-то говориться о передачe информации со скоростэю быстрее С.
          0
          а иначе зачем так заморачиваться? Не заметил, что в статье где-то говорится о другом здравом смысле такого заворота инженерной мысли: укажете?
          А также напоминаю, что спутанные частицы коллапсируют (или что они там делают) мгновенно — это по-Вашему «не быстрее С»?
            0
            Ограничение на передачу информации остаётся. О прикладном применении квантовой телепортации: для шифрования и для квантовых вычислений.

            > мгновенно — это по-Вашему «не быстрее С»

            Тут.
              0
              О прикладном применении квантовой телепортации: для шифрования и для квантовых вычислений.
              а из статьи я процитировал
              В перспективе эту особенность можно использовать для передачи информации.
              я повторю мой исходный вопрос: зачем передавать инфу так заморочно?
              Или по-другому: что подразумевалось в цитате из статьи?
              Или это одно и то же?
                –1
                я повторю мой исходный вопрос: зачем передавать инфу так заморочно?
                Вам же сказали, для шифрования и квантовых вычислений. В статье это не говориться, потому что это и так все знают. Завтра перед школой вместо видосов про майнкрафт посмотрите про физику.
                  +3
                  В статье это не говориться, потому что это и так все знают.
                  а тогда зачем такая длинная статья? «Впервые» — это максимум десяток слов, которые не потянут даже на местные «новости», не то что на «статью».
                  Завтра перед школой освежите про "-ться".
                  Гы, LOL, кек и все остальное.
                  Кстати, к обоим относится, хы...
                    +1
                    Учебник по русскому языку не единственный источник важных знаний об это мире. Есть еще много интересных популярных книг для начала.
                    P.S. Компания невежд на хабре уже достигла критической массы, чтобы друг другу плюсы ставить и карму сливать. Приехали. Скоро будем иметь Пикабу 2.
                      0
                      Компания невежд на хабре уже достигла критической массы, чтобы друг другу плюсы ставить и карму сливать.

                      вам ли обоим не знать, что бесстатейные голосовать не могут: шапка, не гори!
                      Приехали
                      и что у вас есть против нас с Денискиным?
                      Скоро будем иметь Пикабу 2.
                      неа: до того уровня еще расти и расти.
                  0
                  я повторю мой исходный вопрос: зачем передавать инфу так заморочно?

                  Чтобы принципиально исключить возможность перехвата информации третьей стороной. Собственно именно по этому так заморачиваются в основном в криптографии.
            0
            Прочитайте же наконец Википедию. Даже мой 13-летний сын уже знает ответ на ваш вопрос.
              0
              «введение» в мой вопрос я тоже цитирую по вики — и тоже без ссылки: ну и чья вики сильнее?
                –2
                Вы не в состоянии найти в википедии статью о квантовой телепортации и миллион популярных разъяснений в книгах, ютубе и форумах?
                  0
                  Вы в состоянии найти в википедии статью про возможность передачи инфы со сверхсветовой скоростью? Ссылку на вики мне любезно подсказали выше — щас просвещусь и вернусь в тот коммент.
                    0
                    Ссылку на вики мне любезно подсказали выше — щас просвещусь и вернусь в тот коммент.
                    Т.е. действительно вы сами не смогли ее загуглить? Как это возможно в 21-веке? И кроме того, задавать вопрос людям не попытавшись сначала самому хоть понять о чем речь, это неуважение к этим людям.
              +1
              везде и всегда пишут, что передача информации со скоростью выше скорости света — невозможна никак


              Использование словосочетаний «все и всегда» — это демагогия. А это где написано и кем? Конкретику давайте =)

              Более того, с такими формулировками эти тезисы вообще никакой критики не выдерживают, т.к. даже физические объекты вполне перемещаются быстрее скорости света (тут намёк про голубоватое такое свечение).

              А про информацию и подавно…
                0
                Конкретику давайте =)
                выше уже ответили, повторю этот шедевр:
                задавать вопрос людям не попытавшись сначала самому хоть понять о чем речь, это неуважение к этим людям.
                явные проблемы с пунктуацией во второй цитате выдают в ее авторе явно величайшего физика — а как же иначе? Ведь в головке помещается только один учебник — либо по русскому, либо по физике.
                  0
                  Это считаете, что коллега просто вбрасывает на вентилятор? Т.к. даже «нахватавшись научпопа» становится понятно, что эффект квантовой запутанности — это проявление одной и той же частицы в двух местах одновременно: Проявление 4го пространственного измерения. Как следствие — вообще никак не связан со скоростью, т.к. скорость — это отношение одного измерения пространства к одному измерению времени.

                  С другой стороны про «нахватавшись научпопа» — это я про себя говорю, так что вполне допускаю, что сейчас нёс откровенную дичь)
                    0
                    считаете, что коллега просто вбрасывает на вентилятор?
                    Это кого Вы коллегой называете? ТС или комментаторов с совершенно случайно совершенно одинаковой проблемой с русским?
                    просто вбрасывает на вентилятор?
                    именно так: до появления в СМИ темы коронавируса тема квантовой «контринтуитивности»(тм) была самой популярной и предельно простой для освоения бюджета вброса для привлечения внимания и раскрутки чего угодно… ну, почти чего угодно… Даже давно пережеванные темы ИИ и нейросеток требуют существенно больше усилий для достижения приемлемого уровня вброса.
                      0
                      Для тех участников, кто уже не поленился сходить в википедию объяснения могут звучать примерно следующим образом.
                      В квантовой телепортации речь не идет о том, чтобы передать из одного места в другое информацию или материю. Вместо этого передается особая физическая сущность: «квантовое состояние». Установка для передачи содержит пару запутанных (заранее) частиц и обычный канал связи для передачи обычных битов информации. Время, которое нужно на передачу квантового состояния определяется каналом связи и поэтому естественно не о какой сверх-световой передаче чего-либо речь не идет.
                      Грубый пример «квантового состояния» — это спин частицы, который можно представлять как стрелочку, прикрепленную к частице и указывающую направление в 3-мерном пространстве. Направление этой стрелочки как бы существует, но если мы попытаемся его измерить, оно будет уничтожено и на выходе мы получим всего один бит, по которому можно только вероятностно судить о том каким было это направление.
                      Согласно квантовой механике квантовое состояние не может быть скопировано. Причины этого лежат в математике квантовой механики, но даже в рамках образа частицы со стрелочкой это заметно: скопировать направление стрелочки имея возможность снять с нее только один бит никак не получится.
                      Однако, есть интересный нюанс: используя запутанную пару частиц, квантовое состояние можно уничтожить в одном месте и в точности воссоздать в другом. Это и называется квантовой телепортацией. Т.е. в одном месте направление стрелочки на частице стирается, в другом месте другая частица обретает стрелочку в точности с тем же направлением.
                      Дальше возникает вопрос, как это можно использовать. Ответ на этот вопрос — в основном пока никак. Но если квантовые компьютеры и квантовая криптография станут обычным делом, то конечно возможность передачи квантового состояния на расстояния будет не лишней. Здесь к беседе в идеале должен подключиться кто-то с знаниями текущего положения в физике, но сомневаюсь что сюда такие заходят.
                      Что касается статьи, то мне в ней режет глаз постоянная путаница понятий «передача квантового состояния» и «передача информации». Если речь о передаче информации, то здесь квантовая телепортация может быть интересна (но не обязательно) для обеспечения защищенного законами квантовой механик от взлома канала связи. Если речь о передаче квантового состояния, то здесь телепотрация может помочь технически (но опять не обязательна) в реализации квантовых вычислений.
                        0
                        Однако, есть интересный нюанс: используя запутанную пару частиц, квантовое состояние можно уничтожить в одном месте и в точности воссоздать в другом. Это и называется квантовой телепортацией. Т.е. в одном месте направление стрелочки на частице стирается, в другом месте другая частица обретает стрелочку в точности с тем же направлением.
                        Какое время разделяет эти два события? Нулевое? Тогда это передача информации со скоростью большей световой.
                          0
                          Нет, не нулевое. Как я написал, для передачи состояния нужно передать бит по обычному каналу связи. Грубо говоря, мы манипулируем с частицей 1, тем самым стирая ее исходное квантовое состояние (портим направление «стрелочки» спина), передаем результат этих манипуляций (один бит) по любому каналу связи, затем манипулируем с частицей 2, в результате чего она получает исходное квантовое состояние частицы 1 (стрелочку спина в том же направлении). И того, мы перенесли стрелочку с одной частицы на другую за время работы обычного канала связи (хоть оптика, хоть почтой).
                          Условно можно представить, что при передаче квантового состояния доступную для измерения часть информации (один бит) мы передали по обычному каналу связи, а недоступная чисто квантовая часть передалась мгновенно через запутанные частицы.
                          Эта самая недоступная квантовая компонента информации никак не может быть использована для передачи обычной информации, т.к. она имеет иную природу.
                          Эта иная природа хорошо поддается математике и по сути в ней нет ничего такого уж парадоксального или сверх-естественного (лет 50, как с ней все смирились). Сложности возникают, если попытаться напрямую вообразить вселенную в которой это все работает. Тогда в воображении возникают мультиверсы и прочее.
                            0
                            для передачи состояния нужно передать бит по обычному каналу связи
                            Вот этот момент как раз и не понятен — зачем что-то передавать, если две разнесенные частицы уже «запутаны»? Даже в Вики написано, что принцип локальности нарушается (т.е. ничего передавать не надо).
                            Да, там тоже написано, что передача информации этим способом со сверхсветовой скоростью запрещена, но это больше похоже на теорию заговора неподтвержденное предположение. Ведь нужного эксперимента пока не было?
                            Как я понимаю, поправьте если ошибаюсь, у нас есть две запутанные частицы. Мы их разносим на расстояние и измеряем спин у первой — значит спин второй частицы приобретает это-же значение. Мы его измеряем и тем самым получаем информацию. Вроде никаких других битов передавать не надо…
                              0
                              Вот этот момент как раз и не понятен — зачем что-то передавать, если две разнесенные частицы уже «запутаны»? Даже в Вики написано, что принцип локальности нарушается (т.е. ничего передавать не надо).
                              Потому что такова задача квантовой телепортации: передать квантовое состояние с одной частицы на другую. Квантовое состояние включает в том числе и обычную классическую информацию (поэтому нужен еще и обычный канал, кроме запутанных частиц). Запутанные частицы можно измерить. При этом они ведут себя нелокально, но не позволяют передать что-либо полезное.
                              Да, там тоже написано, что передача информации этим способом со сверхсветовой скоростью запрещена, но это больше похоже на неподтвержденное предположение. Ведь нужного эксперимента пока не было?
                              Нет, речь не идет о каких-то предположениях или парадоксах. Теория создана сто лет назад. Все эксперименты давно поставлены и тысячекратно повторены. Теория проста и понятна почти как законы Ньютона. Все включено в учебники и изучается миллионами студентов, фундаментальных загадок как таковых нет. Есть скорее удивление (иногда неприятие), что теория оказалась именно такой и еще остаются конкретные прикладные вопросы из области физики твердого тела.
                              Квантовую механику может изучить любой. Для этого нужно иметь представление о матрицах и комплексных числах. Начать проще всего с научно-популярной книги или лекций Сасскинда Теоретический минимум по квантовой механике. В зависимости от готовности потребуется от недели до года, чтобы врубиться. После этого можно выйти из клуба сторонников теорий заговора и перейти в клуб «так все же понянто!».
              0
              Затем в систему ввели фотон – электрон сразу его поглотил и передал информацию о нем второй частице. По сути, инженерам удалось сформировать миниатюрный квантовый повторитель для развертки сетей.
              Вот это место подозрительно намекает на сверхсветовую передачу данных
                0

                Это место подозрительно напоминает дичь :)
                Это реклама компании успокоились и разошлись. Почитайте Хокинга с Пенроузом я не скажу за реальные результаты лабораторий но если бы прорыв действительно имел место быть, об этом кричали бы во всех СМИ. Квантовые парадоксы досих пор не обьеснены, как можно эксплуатировать то что не понимаешь? Сейчас меня конечно закидают тухлыми яйцами молодые теоретики, но теорий полно даже Пенроуз разродился твистерами, новую книгу его вот только не читал. Не могу скачать с торрента сидеров нет. :( может кто поделиться?

                  0
                  Один фотон отправляют к приемнику, установленному на другой микросхеме, по оптоволокну. Там его параметры вновь измеряются интерферометрами.

                  Нет же
                  0
                  Генераторы случайных чисел становятся всё сложнее…

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое