Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку с новыми материалами

Наука


Александр Березин,

Уравнение Шрёдингера
Уравнение Шрёдингера
Группа учёных из Саудовской Аравии и США под руководством Хатима Салиха (Hatim Salih) из Научно-технического городка имени короля Абдул-Азиз ибн Сауда утверждает, что разработала метод передачи информации между источником и получателем без обмена какими-либо физическими частицами.

"Ну вот, как обычно, сенсационности для не пожалели даже школьной программы..." — подумает читатель и будет до некоторой степени прав. Но лишь до предельно малой степени.

В сердце спроектированного прибора — множество светоделителей — устройств из призм и зеркал (несколько упрощая) с очень высокой отражающей способностью. Когда одна сторона информационного канала (Алиса) отправляет фотон через первый светоделитель, а вторая (Боб) имеет детектор прямо за этим устройством, то Боб может либо активировать детектор, либо не активировать его. Пока детектор выключен, фотон существует в суперпозиции одновременных состояний, в одном из которых он будет отражён, а в другом — пропущен через светоделитель, что позволит ему интерферировать самому с собой после отражения в двух правильно расположенных зеркалах.

Но когда детектор Боба включён, ситуация меняется: волновая функция фотона вынуждена коллапсировать, и частица должна выбирать, какое из двух состояний следует "предпочесть".

Второй светоделитель расположен там, где оба потенциальных маршрута фотона пересекаются, и за этим светоделителем у Боба тоже есть детектор. Когда относительно детектора и светоделителя правильно расположены ещё два зеркала, конфигурация этого элемента в целом начинает повторять первый, что приводит к появлению серии "петель" в форме ромба.

В итоге начинает действовать квантовый эффект Зенона, согласно которому некое метастабильное состояние распадётся тем позже, чем чаще его будут измерять с помощью приборов. В данном случае Боб может сообщить Алисе, включены ли все его детекторы, без необходимости пропускать хотя бы один фотон между собой и Алисой. Ведь если все детекторы работают, в игру вступает квантовый эффект Зенона, и волновая функция фотона постоянно коллапсирует в одно и то же состояние высокой вероятности — отражённое, заставляя фотон выдавать сигнал на один из двух выходных детекторов на стороне Алисы. Ну а если все детекторы Боба выключены, повторяемая интерференция волновой функции с самой собой приводит к активации второго из двух детекторов Алисы.

Передача информации без обмена частицами
Схема обмена информацией без частиц (иллюстрация Hatim Salih et al.).

Конечно, описанная схема неидеальна. Если Боб включит только один из удалённых детекторов, находящихся в следующих элементах системы, волновая функция фотона дойдёт до состояния, когда её, скорее всего, удастся зарегистрировать на той части установки, что находится под контролем Боба, а значит, цель — обмен информацией без посылки фотона — не будет достигнута.

Чтобы снять эту проблему, исследователи использовали то, что они называют "цепным квантовым эффектом Зенона". Идея уловки в том, чтобы вторичные контуры системы светоделитель — детектор сбрасывали волновую функцию в конце каждого большого контура так, чтобы вероятность обнаружения фотона на стороне Боба хотя и не исчезала, но никогда не достигала слишком больших значений.

Как полагают учёные, бесконечное количество первичных и вторичных контуров в такой системе должно гарантировать, что фотон всегда заставит сработать правильный детектор на стороне Алисы и никогда не закончит свой путь в одном из детекторов Боба, что будет означать стопроцентно свободную от частиц связь между Алисой и Бобом.

На деле бесконечное количество контуров неудобно, и даже чтобы получить в 95% случаев связь, не включающую обмен частицами, потребуется, по расчётам, 50 первичных контуров и 1 000 вторичных, что по-прежнему не слишком практично для канала связи.

Поэтому физики разработали более элегантную схему с одним первичным и одним вторичным контуром, использующими суперпозиции поляризаций и при помощи точного компенсирующего тайминга создающими тот же эффект, как если бы контуров в аппарате было много. При текущем уровне лабораторной техники, по словам исследователей, успешной связи без помощи частиц-посредников таким методом можно достичь в среднем в 70–80% случаев.

Карикатура John Richardson
Карикатура John Richardson

Теоретически это успех. В самом деле, всё выглядит так, как будто таким образом можно реализовать хотя и не слишком надёжную (70–80%), но практически не перехватываемую связь для спецканалов. Действительно, как перехватить сообщение, когда оно не переносится никаким носителем? В то же время система в существующем виде сложна, и о широком её применении (скажем, коммерческом) говорить пока не приходится.

Хатим Салих также указывает на интересный вопрос: если физические частицы не переносят информацию между отправителем и получателем, то кто же тогда это делает? В принципе, можно сказать, что во всех реализуемых вариантах такой схемы сохраняется вероятность передачи фотона от одной стороны к другой. Но стоит ли уверенно утверждать, что информацию можно предавать одной только вероятностью передачи частицы?..

Отчёт об исследовании принят к публикации в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
Нужные услуги в нужный момент
{banner_819}{banner_825}
-20%
-10%
-15%
-34%
-20%
-30%
-20%