Российский ученый рассказал об осуществленной телепортации изображения из 15 точек - «Наука»

Добавлено 30-дек-2023, 00:00 От Мальвина

Сделать это удалось благодаря усовершенствованным квантовым технологиями

Квантовую «телепортацию» целого изображения впервые удалось передать по сети группе ученых из Испании и Южной Африки. Статья об этом вышла недавно в Nature communications. Объяснить суть работы мы попросили специалиста по квантовым технологиям Физического института им. Лебедева РАН Илью Семерикова.

Фото: Кадр из фильма

Отличие квантовой передачи данных по оптоволокну от классической, которой все мы сейчас пользуемся, заключается, по большому счету, в том, что в классическом случае информация кодируется в миллиардах фотонов, а в квантовом – в состоянии одиночных фотонов.

Такой способ передачи информации на сегодняшний день является самым надежным, поскольку третьему лицу вторгнуться в сеть с квантовой запутанностью в момент передачи информации невозможно. В передаче участвуют элементарные частицы (кванты), «считать» состояние которых незаметно, не уничтожив их при этом, нельзя.

В настоящее время за рубежом и в России уже создаются ветки квантовых коммуникаций между банками для передачи секретной информации, например, о котировках на бирже. Новая работа ученых позволит увеличить пропускной канал для информации за одну единицу времени.

– Если раньше специалисты телепортировали при помощи запутанных фотонов из пункта А в пункт Б одну точку, то теперь посредством тех же двух фотонов они смогли за тот же период времени передать сразу целую картинку величиной до 15 точек, – поясняет Илья Семериков. – Это немного похоже на кодирование большого объема информации в одном фотоне из фантастической книги «Задача трех тел».

– То есть, теперь можно реально телепортировать картинку одномоментно, а не по частям, как раньше?

– Да.

– За счет чего удалось достичь такого результата?

– В опубликованной коллегами статье говорится об использовании более сложных устройств — не просто детектора, который обычно использовался при квантовой телекоммуникации, а детектора с нелинейным кристаллом и специальным пространственным модулятором. То есть, передать бОльший объем информации за единицу времени им удалось, усложнив установку. Технически работа очень классная, она открывает дорогу к передаче состояний сложных квантовых систем например состояний регистра квантового компьютера.

– Каких прорывов можно ожидать благодаря такому усложнению устройств в будущем?

– К телепортации более сложных изображений. Это, безусловно, расширяет возможности телепортации информации. Объяснить ее суть можно при помощи следующей аллегории: один фотон видит вазу, другой про эту вазу рассказывает, хотя никогда ее не видел.

– На какое расстояние можно будет телепортировать картинки?

– Пока речь идет только о 100 км. Этот предел предопределен возможностями оптоволоконных сетей, в которых квантовая информация через определенное расстояние затухает. Он будет преодолен только за счет появления квантовых повторителей, которые будут расположены через каждые 100 километров. Их роль будут играть небольшие квантовые компьютеры, копирующие состояние фотонов и передающих их дальше.

Сделать это удалось благодаря усовершенствованным квантовым технологиями Квантовую «телепортацию» целого изображения впервые удалось передать по сети группе ученых из Испании и Южной Африки. Статья об этом вышла недавно в Nature communications. Объяснить суть работы мы попросили специалиста по квантовым технологиям Физического института им. Лебедева РАН Илью Семерикова. Фото: Кадр из фильма Отличие квантовой передачи данных по оптоволокну от классической, которой все мы сейчас пользуемся, заключается, по большому счету, в том, что в классическом случае информация кодируется в миллиардах фотонов, а в квантовом – в состоянии одиночных фотонов. Такой способ передачи информации на сегодняшний день является самым надежным, поскольку третьему лицу вторгнуться в сеть с квантовой запутанностью в момент передачи информации невозможно. В передаче участвуют элементарные частицы (кванты), «считать» состояние которых незаметно, не уничтожив их при этом, нельзя. В настоящее время за рубежом и в России уже создаются ветки квантовых коммуникаций между банками для передачи секретной информации, например, о котировках на бирже. Новая работа ученых позволит увеличить пропускной канал для информации за одну единицу времени. – Если раньше специалисты телепортировали при помощи запутанных фотонов из пункта А в пункт Б одну точку, то теперь посредством тех же двух фотонов они смогли за тот же период времени передать сразу целую картинку величиной до 15 точек, – поясняет Илья Семериков. – Это немного похоже на кодирование большого объема информации в одном фотоне из фантастической книги «Задача трех тел». – То есть, теперь можно реально телепортировать картинку одномоментно, а не по частям, как раньше? – Да. – За счет чего удалось достичь такого результата? – В опубликованной коллегами статье говорится об использовании более сложных устройств — не просто детектора, который обычно использовался при квантовой телекоммуникации, а детектора с нелинейным кристаллом и специальным пространственным модулятором. То есть, передать бОльший объем информации за единицу времени им удалось, усложнив установку. Технически работа очень классная, она открывает дорогу к передаче состояний сложных квантовых систем например состояний регистра квантового компьютера. – Каких прорывов можно ожидать благодаря такому усложнению устройств в будущем? – К телепортации более сложных изображений. Это, безусловно, расширяет возможности телепортации информации. Объяснить ее суть можно при помощи следующей аллегории: один фотон видит вазу, другой про эту вазу рассказывает, хотя никогда ее не видел. – На какое расстояние можно будет телепортировать картинки? – Пока речь идет только о 100 км. Этот предел предопределен возможностями оптоволоконных сетей, в которых квантовая информация через определенное расстояние затухает. Он будет преодолен только за счет появления квантовых повторителей, которые будут расположены через каждые 100 километров. Их роль будут играть небольшие квантовые компьютеры, копирующие состояние фотонов и передающих их дальше.