Китайские физики поставили рекорд расстояния между запутанными фотонами
Квантовая запутанность — одно из самых загадочных явлений квантовой физики. Оно заключается в том, что фотоны, появившиеся одновременно в одном и том же месте (запутанные фотоны) сохраняют между собой связь: когда меняются свойства одного, свойства другого тоже изменяются, причём происходит это мгновенно. Если бы квантовая запутанность была свойственна объектам макромира — например, людям — мы могли бы, например, решить, что дома кончился хлеб, а кто-нибудь другой тут же отправлялся бы в булочную. Не нужно было бы ни писать, ни звонить, ни как-то иначе передавать информацию.
Природа квантовой запутанности до сих пор неясна: учёные не знают, как один фотон узнаёт о том, что случилось со вторым. Неизвестно также, есть ли у запутанности ограничения по расстоянию между фотонами: чтобы выяснить, существует ли предел, после которого таинственная связь перестаёт действовать, учёные получают пары запутанных фотонов и отправляют их далеко друг от друга. На этот раз китайским физикам удалось разнести запутанные фотоны на огромное расстояние, на порядок больше, чем в предыдущем таком рекорде.
Конечные точки, принявшие запутанные фотоны на Земле, находились друг от друга на расстоянии в 1200 километров, а сам спутник находился в 2,5 тысячах километров над Землёй. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science, а сам спутник даже попал на обложку этого престижного журнала. Предыдущий рекорд разделения запутанных фотонов был поставлен на Земле: кванты света путешествовали по оптоволокну и успели «убежать» друг от друга на сто километров.
Чтобы получать пары запутанных фотонов, на спутнике «Мо-Цзы» установили кристалл, проходя через который, фотон высокой энергии распадается на два с энергией поменьше. Эти два сравнительно низкоэнергетических фотона запутаны. Затем фотоны отправляли к наземным обсерваториям.
Точность наводки требуется огромная, ведь спутник движется относительно поверхности Земли со скоростью почти в 29 тысяч километров в час, а фотоны очень маленькие. Как объясняет глава исследовательской группы, физик Вей Пан из Китайского технологического университета, «Попасть фотоном со спутника в нужную точку — это всё равно что разглядеть человеческий волос на расстоянии 300 метров».
Достижение китайских физиков ценно не только для физиков-теоретиков; в ближайшие годы у него могут появиться реальные применения. Научившись разносить запутанные фотоны на большие расстояния, можно создать квантовые каналы коммуникации, идеально защищённые от взломщиков методами квантовой криптографии. Этим китайские учёные и собираются заняться в ближайшем будущем; защищённый квантовый канал планируют создать между китайскими обсерваториями. Кроме того, в планах — создание международного квантового канала связи и эксперименты с квантовой телепортацией.