Физици от Шанхай обявиха успеха на първата "космическа" квантова телепортация, прехвърляща информация за състоянието на частица от квантовия сателит Mo Tzu до станция за проследяване на Земята, според статия, публикувана в електронната библиотека arXiv.org
„Ние обявяваме първото квантово телепортиране на единични фотони от обсерватория на Земята до сателит в ниска околоземна орбита, на 1400 километра от нея, което отваря пътя към телепортирането на свръхдалечни разстояния стъпка към създаването на квантов интернет”, пише Джиан (Jian-Wei Pan) от университета в Шанхай и колегите му.
Феноменът на квантовото заплитане е в основата на съвременните квантови технологии. Това явление, по-специално, играе важна роля в сигурните квантови комуникационни системи - такива системи напълно елиминират възможността за незабелязано „подслушване“ поради факта, че законите на квантовата механика забраняват „клонирането“ на състоянието на светлинните частици. В момента системите за квантова комуникация се развиват активно в Европа, Китай и САЩ.
Отзад последните годиниУчени от Русия и чужди страни са създали десетки квантови комуникационни системи, чиито възли могат да обменят данни на доста големи разстояния, възлизащи на около 200-300 километра. Всички опити за разширяване на тези мрежи в международен и междуконтинентален план се натъкнаха на непреодолими трудности, свързани с начина, по който светлината избледнява, докато пътува през оптични влакна.
Поради тази причина много екипи от учени обмислят преместването на квантовите комуникационни системи на „космическо“ ниво, обменяйки информация чрез сателит, което им позволява да възстановят или укрепят „невидимата връзка“ между заплетени фотони. Първият космически кораб от този вид вече присъства в орбита - това е китайският спътник Mo Tzu, изстрелян в космоса през август 2016 г.
Тази седмица Пан и колегите му описаха първите успешни експерименти за квантова телепортация, извършени на борда на Mo-Zu и в комуникационна станция в град Нгари в Тибет, построена на надморска височина от четири километра за обмен на информация с първия квантов спътник .
Квантовата телепортация е описана за първи път на теоретично ниво през 1993 г. от група физици, ръководени от Чарлз Бенет. Според тяхната идея атомите или фотоните могат да обменят информация на всяко разстояние, ако са били „заплетени“ на квантово ниво.
За осъществяването на този процес е необходим редовен комуникационен канал, без който не можем да четем състоянието на заплетените частици, поради което такава „телепортация“ не може да се използва за предаване на данни на астрономически разстояния. Въпреки това ограничение, квантовата телепортация е изключително интересна за физиците и инженерите, защото може да се използва за предаване на данни в квантовите компютри и за криптиране на данни.
Водени от тази идея, учените заплитат две двойки фотони в лаборатория в Нгари и прехвърлят една от четирите „заплетени“ частици на борда на Mo-Dza с помощта на лазер. Сателитът едновременно измерва състоянието както на тази частица, така и на друг фотон, който е бил на борда в този момент, в резултат на което информацията за свойствата на втората частица моментално се „телепортира“ на Земята, променяйки начина, по който „земята“ фотон, объркан с първата частица с поведение.
Общо, както казват китайските физици, те успяха да „заплетат“ и телепортират над 900 фотона, което потвърди правилността на работата „Mo-Zu“ и доказа, че двупосочното „орбитално“ квантово телепортиране е принципно възможно. По подобен начин, както отбелязват учените, е възможно да се предават не само фотони, но и кубити, клетки с памет на квантов компютър и други обекти от квантовия свят.
Многобройни блокбъстъри от последните години, повечето от които филмови адаптации на комикси, са здраво вкоренени модерен човекизображение на супергерой. Супергерой най-често е обикновен на вид човек, който има свръхестествени силии често поради това са принудени да водят потаен начин на живот. Тези филми са толкова популярни, колоритни и многобройни, че за някои хора понятието „супергерой“ е станало обичайно. Идеята за реалността на такива герои посещава хората все по-често - затова се появяват и са много популярни истории като телепортация в Китай.
Супермен на пътя
През есента на 2012 г. един от основните хитове на световната мрежа беше видео, за което се твърди, че показва нещо повече от просто телепортация 
човек, но много драматично телепортиране на двама души едновременно. Видеото, публикувано в сайта за видео хостинг YouTube, е около минута и прилича на запис от улична камера за наблюдение. Часът на събитията, съдейки по тайминга в горния ляв ъгъл, е точно след полунощ на 9 май 2012 г. Мястото на събитията е едно от градските или крайградските кръстовища на Китай. Основен героитри. Първият е шофьор на камион с микробус бяло, вторият е колоездач. Третият е мистериозен непознат, чието лице не се вижда поради широката му качулка. По отношение на телосложението този очевидно млад мъж може да бъде или момче, или момиче.
Събитията във видеото се развиват по следния начин. След като минават няколко коли, на заден план се появява камион, който постепенно набира скорост. Докато наближава, велосипедист се появява от тъмна зона на страничния път вляво. Траекториите и скоростите на камиона и велосипедиста са такива, че сблъсъкът изглежда неизбежен, а последствията за водача на по-лекия автомобил обещават да бъдат фатални. Но тук, в дясната затъмнена зона на екрана, се забелязва известно движение: бърз замъглен силует се приближава към мястото на предстоящия сблъсък. В последния момент силуетът се очертава по-ясно и зрителят вижда мъж, който грабва велосипедиста почти под самите колела на колата. След това непознатият, колоездачът и велосипедът буквално изчезват, а камионът започва да спира. Колата все още не е спряла напълно, когато в най-дясната част на екрана, точно на осветената част от пътя, се появява група от двама души и велосипед. Непознатият пуска спасения мъж, докато ръцете му светят ярко. Той хвърля качулката на главата си и бързо се отдръпва от пътя. В това време явно шокираният велосипедист сяда изтощен на бордюра, а шофьор на камион излиза и не намира нищо на платното.
Лесно е да излъжеш онези, които самите са щастливи да бъдат измамени
Телепортирането на човек в Китай, специално записано на видео и освен това при такива кинематографични обстоятелства, много бързо стана известно и спечели милиони гледания на видео хостинг. Веднага започнаха оживени дискусии дали видеото е истинско или е измама на някои специалисти по визуални ефекти. Любопитно е, че на снимачната площадка имаше доста привърженици на реалността на телепортацията. Дори оригинални „фен фикшън“ се появиха незабавно - започнаха да се измислят истории, предназначени да създадат историята на жена супергерой (женският пол на героя изглеждаше по-интригуващ и впечатляващ за повечето зрители), за да разкрие причините, които я подтикнаха да я скрие суперсили и други подобни.
Но имаше и много скептични критици, които буквално разбиха видеото до костите му. Бяха дадени много рационални аргументи в полза на факта, че сюжетът е инсцениран, носи очевидни следи от използване на софтуер за конвертиране на видеоматериал, а също така има очевидни логически пропуски. На първо място, самото възникване на потенциално фатален инцидент беше тревожно: противно на обичайното, камионът, когато наближи кръстовището, започна да набира скорост, вместо да забавя, сякаш създаваше условия за драматична сцена. Съмнително е и подозрението на велосипедиста: той учудващо спокойно се движи директно под колелата, без да променя скоростта и дори без да обръща глава при пресичане на главния път, където трябва да даде предимство на движението. Не всичко е наред с шофьора на камиона – на кадрите ясно се вижда, че излезлият от кабината мъж е облечен с ярко бяла тениска или риза. Но в доста добре осветена кабина по време на спиране не само че не се вижда нищо ярко, водачът изобщо не се вижда там.
Що се отнася до мистериозния човек със способността да се телепортира и да телепортира другите, той също не е толкова „чист“. Първо, има очевидни следи от редактиране на видео в неговата „енергийна следа“ по време на супер бързото му изтичане на пътя. Силуетът му в момента на хващане на велосипедиста е много ясен, докато размазаният силует на движението му все още остава. Второ, изборът на крайната точка на телепортацията изглежда много странен. Законите на геометрията, физиката и просто логиката казват, че най-простото и естествено би било спасеният велосипедист да се движи по посока на движението на непознатия – т.е. лява странаекран, махнете се от пътя. Но телепортирането става с обратен вектор, надясно - оказва се, че непознатият е направил нещо като зацикляне по време на телепортирането, което няма обяснение. Второ, прокрадва се смътно съмнение, че появата на двама телепортиращи се хора и велосипед от дясната страна на пътя се обяснява, така да се каже, със сценична необходимост. Именно тази част е най-осветената в цялата сцена, за да се постигне най-голям драматизъм, да се наблюдава шоковото състояние на спасените, светещи ръцеспасителя и отстраняването му в тъмнината, най-добре подхожда. Съвкупността от всички тези наблюдения и разсъждения води до заключението, че тази телепортация е доста креативна, но все пак измама.
Александър Бабицки
МОСКВА, 12 юли - РИА Новости.Физици от Шанхай обявиха успеха на първата "космическа" квантова телепортация, прехвърляща информация за състоянието на частица от квантовия сателит Mo Tzu до станция за проследяване на Земята, според статия, публикувана в електронната библиотека arXiv.org
„Ние обявяваме първото квантово телепортиране на единични фотони от обсерватория на Земята до сателит в ниска околоземна орбита, на 1400 километра от нея, което отваря пътя към телепортирането на свръхдалечни разстояния стъпка към създаването на квантов интернет”, пише Джиан -Уей Пан (Jian-Wei Pan) от университета в Шанхай и колегите му.
Феноменът на квантовото заплитане е в основата на съвременните квантови технологии. Това явление, по-специално, играе важна роля в сигурните квантови комуникационни системи - такива системи напълно елиминират възможността за незабелязано „подслушване“ поради факта, че законите на квантовата механика забраняват „клонирането“ на състоянието на светлинните частици. В момента системите за квантова комуникация се развиват активно в Европа, Китай и САЩ.
През последните години учени от Русия и чужди страни създадоха десетки квантови комуникационни системи, чиито възли могат да обменят данни на доста големи разстояния, възлизащи на около 200-300 километра. Всички опити за разширяване на тези мрежи в международен и междуконтинентален план се натъкнаха на непреодолими трудности, свързани с начина, по който светлината избледнява, докато пътува през оптични влакна.
Поради тази причина много екипи от учени обмислят преместването на квантовите комуникационни системи на „космическо“ ниво, обменяйки информация чрез сателит, което им позволява да възстановят или укрепят „невидимата връзка“ между заплетени фотони. Първият космически кораб от този вид вече присъства в орбита - това е китайският спътник Mo Tzu, изстрелян в космоса през август 2016 г.
Тази седмица Пан и колегите му описаха първите успешни експерименти за квантова телепортация, извършени на борда на Mo-Zu и в комуникационна станция в град Нгари в Тибет, построена на надморска височина от четири километра за обмен на информация с първия квантов спътник .
Квантовата телепортация е описана за първи път на теоретично ниво през 1993 г. от група физици, ръководени от Чарлз Бенет. Според тяхната идея атомите или фотоните могат да обменят информация на всяко разстояние, ако са били „заплетени“ на квантово ниво.
За осъществяването на този процес е необходим редовен комуникационен канал, без който не можем да четем състоянието на заплетените частици, поради което такава „телепортация“ не може да се използва за предаване на данни на астрономически разстояния. Въпреки това ограничение, квантовата телепортация е изключително интересна за физиците и инженерите, защото може да се използва за предаване на данни в квантовите компютри и за криптиране на данни.
Водени от тази идея, учените заплитат две двойки фотони в лаборатория в Нгари и прехвърлят една от четирите „заплетени“ частици на борда на Mo-Dza с помощта на лазер. Сателитът едновременно измерва състоянието както на тази частица, така и на друг фотон, който е бил на борда в този момент, в резултат на което информацията за свойствата на втората частица моментално се „телепортира“ на Земята, променяйки начина, по който „земята“ фотон, объркан с първата частица с поведение.
Общо, както казват китайските физици, те успяха да „заплетат“ и телепортират над 900 фотона, което потвърди правилността на работата „Mo-Zu“ и доказа, че двупосочното „орбитално“ квантово телепортиране е принципно възможно. По подобен начин, както отбелязват учените, е възможно да се предават не само фотони, но и кубити, клетки с памет на квантов компютър и други обекти от квантовия свят.
През лятото на 2016 г. китайски учени ще проведат първия в света експеримент за квантова телепортация на разстояние над 1200 километра. Това съобщава Nature News.
За експеримента учените планират да изстрелят сателит през юни 2016 г. Така физиците се надяват да реализират квантово телепортиране на състояния на частици между космически и наземни станции.
На първия етап от експериментите учените ще проверят надеждността на криптографските комуникации между Пекин и Виена, в които близък до Земята спътник ще действа като посредник.
На втория етап учените ще извършат квантова телепортация на фотони между станциите в Delinghe и Lijiang (или Nanshan) чрез сателит. Разстоянието между точките надхвърля 1200 километра.
Квантовата телепортация е прехвърляне на квантово състояние на разстояние с помощта на пространствено отделена свързана (заплетена) двойка и класически комуникационен канал, при който състоянието се унищожава в началната точка по време на измерване, след което се пресъздава в точката на приемане. Терминът е установен благодарение на статия, публикувана през 1993 г. в списание "Physical Review Letters", която описва какъв вид квантов феномен се предлага да се нарича "телепортация" (англ. teleporting) и как се различава от популярното "телепортиране" в научната фантастика. Квантовата телепортация не пренася енергия или материя на разстояние. Задължителна стъпка в квантовата телепортация е прехвърлянето на информация между точките на изпращане и приемане по класически, неквантов канал, което може да се извърши не по-бързо от скоростта на светлината, като по този начин не се нарушават принципите на съвременната физика.
При реализиране на квантова телепортация, освен предаване на информация по квантов канал, е необходимо също така да се предаде допълнителна информация, необходима за четене на съобщението по класически канал. За предаване на „квантовата част“ се използват корелациите на Айнщайн-Подолски-Розен, характерни за квантово заплетените частици, и всеки обикновен комуникационен канал е подходящ за предаване на класическа информация.
За простота, нека разгледаме квантова система с две възможни състояния \psi_1 и \psi_2 (например проекцията на спина на електрон или фотон върху дадена ос). Такива системи често се наричат кубити. Въпреки това, описаният по-долу метод е подходящ за прехвърляне на състоянието на всяка система, която има краен брой състояния.
Нека изпращачът има частица А, намираща се в произволно квантово състояние \psi_A = \alpha \psi_1 + \beta \psi_2, и той иска да прехвърли това квантово състояние на получателя, т.е. да се увери, че получателят има на свое разположение частица B в същото състояние. С други думи, необходимо е да се предаде съотношението на две комплексни числа \alpha и \beta (с максимална точност). Имайте предвид, че основната цел тук е да се предаде информация не възможно най-бързо, а възможно най-точно. За постигане на тази цел се следват следните стъпки.
Изпращачът и получателят се съгласяват предварително да създадат двойка квантово заплетени частици C и B, като C отива към изпращача, а B към получателя. Тъй като тези частици са заплетени, всяка от тях няма своя собствена вълнова функция (вектор на състоянието), но цялата двойка (или по-скоро степените на свобода, които ни интересуват) се описват от един четириизмерен вектор на състоянието \psi_( пр.н.е.).
Квантова система от частици A и C има четири състояния, но не можем да опишем нейното състояние с вектор - само система от три частици A, B, C има чисто (напълно дефинирано) състояние, когато подателят направи измерване, което има четири възможни изхода на система от две частици A и C, той получава една от 4 собствени стойности на измереното количество. Тъй като по време на това измерване система от три частици A, B, C колабира в някакво ново състояние и състоянията на частиците A и C стават напълно известни, кохезията се разрушава и частицата B се оказва в някакво специфично квантово състояние.
Именно в този момент се извършва „трансфер“ на „квантовата част“ от информацията. Въпреки това, възстановяване предавана информациявсе още не е възможно: получателят знае, че състоянието на частица B по някакъв начин е свързано със състоянието на частица A, но не знае как точно!
За да се разбере това, е необходимо изпращачът да информира получателя чрез обичайния класически канал за резултата от неговото измерване (изразходвайки два бита, съответстващи на задействаното състояние AC, измерено от подателя). Според законите на квантовата механика се оказва, че като има резултат от измерване, извършено върху двойка частици A и C, плюс частица B, заплетена с C, получателят ще може да извърши необходимата трансформация на състоянието на частица B и възстановяване на първоначалното състояние на частица A.
Пълното предаване на информацията ще се извърши само след като получателят получи данните, получени и по двата канала. Преди да бъде получен резултатът по класическия канал, получателят не може да каже нищо за предаваното състояние.
Фантастичната концепция за телепортация идва от специфична интерпретация на експеримента: „първоначалното състояние на частица А се унищожава след всичко, което се е случило. Тоест държавата не е копирана, а пренесена от едно място на друго.”
Експериментално внедряване
Експерименталното прилагане на квантовата телепортация на поляризационното състояние на фотон е извършено през 1997 г. почти едновременно от групи физици, ръководени от Антон Цайлингер (Университет в Инсбрук) и Франческо де Мартини (Университет в Рим).
В списанието Nature на 17 юни 2004 г. успешното експериментално наблюдение на квантовата телепортация на квантовото състояние на атом беше обявено от две изследователски групи: M. Riebe et al., Nature 429, 734-737 (телепортация на квантовото състояние на калциев йон) и M. D. Barrett et al., Nature 429, 737-739 (телепортация на кубит на базата на йон на берилиев атом). Въпреки медийния шум, тези експерименти трудно могат да се нарекат пробив: по-скоро те са просто още една голяма стъпка към създаването на квантови компютри и прилагането на квантовата криптография.
През 2006 г. за първи път е извършена телепортация между различни по природа обекти - кванти на лазерно лъчение и атоми на цезий. Беше проведен успешен експеримент изследователска групаот Института Нилс Бор в Копенхаген.
На 23 януари 2009 г. учените за първи път успяха да телепортират квантовото състояние на йон на един метър.
На 10 май 2010 г. в експеримент, извършен от физици от Университета за наука и технологии на Китай и Университета Цинхуа, квантовото състояние на фотон е предадено на разстояние от 16 километра.
През 2012 г. китайски физици успяха да предадат 1100 заплетени фотона на разстояние от 97 километра за 4 часа.
През септември 2012 г. физици от Виенския университет и Австрийската академия на науките поставиха нов рекорд в квантовата телепортация - 143 километра
През септември 2015 г. учени от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ успяха да телепортират фотони по оптично влакно на разстояние над 100 км. Експериментът използва детектор с един фотон със свръхпроводящи кабели от молибденов силицид при температури, близки до абсолютната нула.
Преди години Алберт Айнщайн нарече квантовото заплитане „призрачно действие от разстояние“. Това е наистина контраинтуитивна концепция, която на пръв поглед противоречи на здравия разум. Два обекта може да са на голямо разстояние един от друг, но те поддържат „връзка“ помежду си чрез своите квантови състояния. Унищожавайки състоянието на един обект (като го измерваме), ние по този начин откриваме състоянието на обекта, заплетен с него, без значение на какво разстояние може да се намира. Тоест, квантовото състояние на първия обект в момента на измерване преминава към втория обект; това образно се нарича квантова телепортация.
Сега група китайски физици за първи път в света извърши квантово телепортиране на обект от Земята в орбита. Резултатите от експеримента „призрачно действие от разстояние“ бяха публикувани на 4 юли 2017 г. на уебсайта за предпечат arXiv.org (arXiv:1707.00934).
Специално за този експеримент китайците миналата година изведоха в слънчево-синхронна орбита научния спътник Мициус. Всеки ден той преминава над една и съща точка на Земята по едно и също време, което дава възможност експериментът да се подготви внимателно и да се проведе по всяко време при постоянни условия, както и да се повтори, ако е необходимо, при същите условия. Сателитът Micius е оборудван с високочувствителен фотонен детектор и оборудване за определяне на квантовото състояние на отделни фотони, изпратени от Земята.
По време на експеримента е извършена квантова телепортация с различна степен на надеждност (виж диаграмата) на разстояние 500-1400 км от предавателя до сателита, което е нов световен рекорд за обхват на квантовата телепортация. Преди това подобни експерименти се провеждаха само на Земята, а максималното разстояние за тестване на квантовото заплитане беше около 100 км. Във вакуум фотоните се предават по-надеждно, те реагират по-малко с околните обекти и запазват заплитането по-добре. 
Станцията Ngari с предавателя за експеримента е построена в планините на Тибет на надморска височина над 4000 м. Станцията генерира заплетени двойки фотони със скорост 4000 в секунда. Половината от тях бяха изпратени до орбитална станция и там провериха дали квантовото заплитане се запазва след предаването. Втората половина от фотоните остана на Земята.
За да подобрят качеството на предаване, изследователите са разработили редица иновативни техники и специални инструменти, включително компактен свръхярък източник на многофотонно заплитане, оборудване за намаляване на дивергенцията на лъча и високоскоростен и високоточен APT (придобиване, насочване, проследяване) система.
Измерванията показаха, че някои фотони, при пристигането си на спътника, всъщност остават заплетени със своите земни „партньори“. По-специално, за 32 дни на предаване, от няколко милиона изпратени фотона, 911 остават заплетени. Точността на предаване е 0,80 ± 0,01, което значително надвишава класическата граница (вижте диаграмата по-долу).
Фотоните с еднакви квантови състояния са идентични фотони от физическа гледна точка. Така може да се каже, че за първи път в историята учените телепортираха обект от повърхността на Земята в орбита. Е, в практически смисъл това е първата работеща връзка нагоре за надеждно предаване на квантова информация на много големи разстояния - от Земята до сателит. Авторите смятат, че това е важна стъпка към създаването на квантов интернет в глобален мащаб.
Теоретично няма максимално ограничение на разстоянието за измерване на заплитането, т.е. квантовата телепортация. На практика квантовото състояние на фотоните е много крехко и се разрушава в резултат на реакция с околната среда, така че е много важно да се разработят технологии за надеждно предаване на заплетени фотони на големи разстояния.
Квантовата телепортация може да намери приложение в различни области: „Телепортацията на дълги разстояния се счита за основен елемент в протоколи като широкомащабни квантови мрежи и разпределени квантови изчисления“, пише група китайски учени в резюмето на научната статия. - За да се създаде "квантов интернет" в глобален мащаб, е необходимо значително да се разшири разстоянието за предаване на информация. Обещаваща технология за това е използването на сателитна платформа и сателитна комуникационна връзка, която може удобно да свърже две отдалечени точки на Земята с относително малка загуба на сигнал, тъй като фотоните пътуват по-голямата част от пътя във вакуум.
Сега ще бъде трудно за други страни да счупят рекорда на Китай за обхват на квантовата телепортация, тъй като нито Европейският съюз, нито Съединените щати са планирали да изстрелят сателити с фотодетектори специално за такъв експеримент в космоса и да поддържат квантовото заплитане на Земята на 1400 км дълго оптично влакно е невероятно трудно.
