Команда ученых из США смогла доказать возможность мгновенной передачи квантового состояния на большие расстояния. Исследователям удалось передать квантовое состояние на 44 км с точностью более 90% по волоконно-оптическим сетям, аналогичным тем, которые составляют основу существующего интернета.
Мгновенная передача квантового состояния, или квантовая телепортация, осуществляется при помощи запутанных кубитов. Путем «сплетения» трех кубитов можно заставить одну частицу принять состояние другой через их взаимно запутанного партнера. Как поясняет ScienceAlert, это все равно что превратить одну частицу в другую, в мгновение ока телепортируя ее на расстояние.
Нестабильный характер квантовой информации затрудняет передачу запутанных кубитов на большие расстояния без помех: длинные оптические волокна означают больше шума. В совместном эксперименте Fermilab, AT&T, Калифорнийского технологического института, Гарвардского университета, Лаборатории реактивного движения НАСА и Университета Калгари ученым удалось осуществить квантовую телепортацию на расстояние 44 километра. На сегодня это предел того, как далеко ученые могут отправлять квантовое состояние.
«Мы очень гордимся тем, что достигли этой вехи в создании устойчивых, высокопроизводительных и масштабируемых систем квантовой телепортации. Результаты будут еще больше улучшены за счет модернизации системы, которую мы ожидаем завершить ко второму кварталу 2021 года», — рассказала Мария Спиропулу, профессор физики Калифорнийского технологического института.
В будущих экспериментах учёные собираются установить новый рекорд по дальности телепортации и по числу запутанных кубитов.
«С помощью этого эксперимента мы закладываем основу для строительства городской квантовой сети в районе Чикаго», — заявил Панайотис Спенцурис, руководитель программы квантовой науки Fermilab.
Летом 2020 года в Чикаго представили план по созданию в США квантового интернета, который должен стать не только быстрее, но и безопаснее классического. Сеть под названием Illinois Express Quantum Network разрабатывается Fermilab в сотрудничестве с Аргоннской национальной лабораторией, Калифорнийским технологическим институтом, Северо-Западным университетом и отраслевыми партнерами. На данный момент исследователи считают, что квантовые интернет-сети будут действовать как специализированные расширения классического интернета, а не как полная его замена.
Novousp
Интересно, это перевод такой или действительно все так и называется и просто я совсем
глупне разбираюсь в теме…Shkaff
Ну да, квантовая телепортация — такой термин. Ничего общего с телепортацией в научной фантастике, конечно.
Novousp
хорошо, успокоили :))
Shkaff
Дурацкий термин, конечно: ничего общего с телепортацией нет, а вызывает кучу вопросов и путает)
emerald_isle
«Телепортацией» он называется потому что исходное состояние разрушается безвозвратно, а не копируется. Это достаточно важный нюанс. Фундаментальное ограничение.
Shkaff
Вы правы, ничего не копируется, на это запрет. Ну и тем не менее, физически там ничего не «телепортируется». Мы же просто заставляем кубит на принимающей стороне оказаться в том же состоянии, что и кубит на передающей стороне. Сами кубиты никуда не телепортируются.
NikitOS9
клонируется? т.е. на одной стороне нужно нечто разобрать на кубиты, на другой иметь столько же кубитов чтобы собрать из них точную копию нечто.
Shkaff
нет, как раз не так. У вас, условно, есть переключатель «вверх-вниз». Вот у него может быть состояние «вверх», а может — «вниз». Вы берете два таких выключателя и посылаете один принимающей стороне. Потом вы можете передать состояние выключателя на принимающую сторону (выключатель там примет состояние «вверх» или «вниз», соответственно передаваемому состоянию). Состояние у реальных систем может быть более сложным, конечно.
Так что это совсем не то же, что телепорт из какого-нибудь стар трека.
NikitOS9
есть 4 выключателя (с состояниями 1101) на источнике и 4 (с 0000 или неопределенным состоянием) на приемнике, запускаем телепорт и на приемнике тоже стало 1101.
видимо не так понял, из за оптоволокна(канала связи), пересылки переключателя и передачи состояния
Shkaff
Я вас не понимаю. Какой принтер? Какой кубитный гель? Вы не собираете кубит, вы меняется его состояние: например, меняется поляризация фотона. Для этого не нужен никакой материал.
Ivanii
На одном конце щелкаем выключателем, а на другом меняется состояние, без пересылки материи и энергии мгновенно? :)
Shkaff
Именно так (по крайней мере в стандартной интерпретации квантовой механики). Об этом как раз парадокс ЭПР, то-то Эйнштейн был недоволен так.
inkelyad
А как оно описывается, скажем, в многометровой интерпретации?
Shkaff
В многомировой интерпретации запутанность никогда не разрушается. Соответственно, при измерении реализуются все возможные варианты (просто в разных мирах). Поэтому измерение на одном конце («щелкаем выключателем») приводит к ветвлению мира на два, в которых реализуются соответствующие варианты событий. Это ветвление происходит со скоростью света, не быстрее.
А вообще у меня есть целый пост про это.
inkelyad
И как я понимаю, что так что так дает странные результаты совместно с теорией относительности?
Скажем, берем две пары запутанных частиц, подстраиваем системы отсчета и наблюдения так, что в одной системе мы видим, что первой проверяется первая пара, а в другой — вторая. Всякие странные результаты вида 'обмен фотонами происходит только тогда когда он не происходит, не удается получить?'
Shkaff
Парадокс ЭПР изначально говорит: наблюдение запутанности вынуждает нас отбросить локальный реализм. То есть, либо квантовая механика не описывает реальные процессы, либо взаимодействия могут быть нелокальными. Нелокальность сложно совместить с теорией относительности. Поэтому обычно (в копенгагенской интерпертации) говорят, что квантовая физика не имеет отношения к реальному миру, волновая функция не является физической реальностью, а просто удобным аппаратом для вычислений некоторых результатов измерений.
Однако, требование отбросить локальный реализм возникает из предположения, что при измерении реализуется один из возможных результатов, заданных волновой функцией. Многомировая интерпретация говорит: на самом деле реализуются все возможные варианты (только в разных мирах). Тогда можно сохранить локальный реализм: в ММИ все взаимодействия локальны и распространяются не выше скорости света и волновая функция — реальный физический объект.
Не получится:) Если есть обмен фотонами — сразу задаются причинно-следственные связи однозначно. Если обмена нет — понятие одновременности вообще не имеет смысла с точки зрения теории относительности.
inkelyad
Но все-таки.
В одной систем отсчета мы видим, что
измерили первую частицу из первой пары, сделав таким образом детерминированным измерение (уже где-то в другом месте) второй частицы из первой пары. Но это измерение еще не произошло с точки зрения той системы отсчета, где мы находимся, потому что там где ее будут мерять, пока измеряют первую частицу из второй пары.
В другой системе отсчета, соответственно — наоборот.
Вот точно формально правильных, но конртинтуитивных сценариев 'измерение "тут" делает детерминированным прошлое "там"' не получается?
Shkaff
Возможно, я вас не очень понимаю, прошу прощения.
Нет, не получается. В первую очередь потому, что вообще говоря нет способа определить, где прошлое, а где будущее между двумя системами, не послав между ними сигнала. Сигнал идет со скоростью света, и задает все причинно-следственные связи.В теории относительности такие рассуждения не имеют смысла, и это не специфично только для квантовой механики: одновременность можно определить только в одной точке пространства.
В стандартной КМ (не многомировой) система коллапсирует ровно в тот момент, когда производится измерение в любой ее части. Можно синхронизировать часы двух наблюдателей, и увидеть, что коллапс происходит одновременно по этим синхронизированным часам. Собственно, такие эксперименты были проведены: системы разносятся на большое расстояние и производятся измерения почти одновременно (по крайней мере с разницей меньше, чем время, за которое свет может дойти между системами).
DreamingKitten
Позвольте вклиниться, мне тоже стало интересно.
Давайте для удобства определим понятие «одновременность-штрих» не такое, как принято в ТО. А такое, что если бы на Земле и на Марсе пустили друг в друга световой сигнал, то их волновые фронты встретились бы в точке, равноудалённой от источников. Понятное дело, что с точки зрения ТО на каждой планете сигнал с другой будет считаться испущенным «в прошлом». Но с точки зрения гипотетического «мгновенного дальнодействия», если бы оно существовало — сигналы бы вышли одновременно.
Так вот, что произойдёт с запутанными частицами, если их измерения провести одновременно-штрих и послать результат на другую планету? Корреляция сохранится?
Shkaff
Да, в том и суть: коллапс ВФ происходит с (видимым) нарушением теории относительности. В данной системе отсчета в момент измерения коллапс состояния происходит моментально во всей Вселенной. Одновременно-штрих:) Результаты измерений всегда будут коррелированы, когда ни измеряй.
inkelyad
Собственно, вопрос в том, что вроде бы появляется еще один вариант причинно-следственной связи. Т.е. является измерение 'тут' причиной результата измерения дальней частицы?
Какие свойства стандартной причинности не выполняются? А причинно -следственные цепочки в этом новом смысле закольцевать можно?
Shkaff
Не уверен, какие они вообще бывают. С физической точки зрения причинность подразумевает взаимодействие. Взаимодействия тут нет.
Нет, нельзя. Потому что коллапс происходит моментально на любом расстоянии, между событиями на двух концах нет временной задержки. Ну и вы не можете использовать запутанность, чтобы передать какую-то информацию.
inkelyad
Я бы все же так не говорил, это не причина-следствие. Это корреляция между результатами, что несколько иное.
Но тут есть как минимум какая-то логическая связь. Т.е. из того что мы видим 'тут' логически следует какой-то вывод про мир, находящийся за горизонтом событий. Который можно будет проверить, когда свет оттуда до нас дойдет.
Вот подобную цепочку замкнуть странным образом не получится? "Наблюдатель A видит результаты измерения и делает вывод, что наблюдатель B увидит то-то и сделает вывод, что наблюдатель C увидит то-то и сделает вывод, что наблюдатель A..."
Shkaff
Получится, и это нормально. Это суть ЭПР измерений: вы можете измерить тут и предсказать результат измерений у Б. Мы используем это в экспериментах. Суть в том, что вы не можете повлиять на результат измерений или передать информацию. А предсказать исход — вполне.
inkelyad
Ага. Значит, кольцевое предсказание наблюдений все-таки возможно. Ну вот тут и получим неочевидное явление. Потому что 'А кто измерил первым и устроил коллапс системы в то состояние, которое потом все увидели?'.
Shkaff
Но это не важно: в том и суть, что тут нет причинно-следственной связи, нет никакого взаимодействия между системами, поэтому нет и парадокса. Измерение на одном конце не отличается ничем от измерения на другом. Мы не может сказать, что «результат в А — 1, потому что результат в Б — 0». Мы можем только сказать «результат в А — 1, результат в Б — 0. Сколько бы мы ни повторяли эксперимент, каждый раз, когда в А — 1, в Б оказывается 0».
Но чтобы избегать всяких таких парадоксов с мгновенным коллапсом, я предпочитаю многомировую интерпретацию:)
Druu
Представьте, что у вас есть картинка нарисованная двумя цветами — красным и синим. Далее вы делаете негативную копию этой картинки (в которой цвета изменены на противоположные — синее становится красным, красное — синим) и отправляете негатив куда-нибудь на альфа-центавру. Далее вы одеваете красные очки и смотрите на свою картинку — и видите только синюю часть, ведь красный участок спектра ваши очки эффективно отфильтровывают. При этом вы в точности знаете, какую часть картинки вы увидите на негативе с альфа-центавры — это будет красное дополнение (которое в негативе будет синим). При этом нет никакого взаимодействия между картинками, либо вами и картинкой с альфа-центавры.
Вот когда вы измеряете одну из запутанных частиц — вы и одеваете такие очки, которые эффективно фильтруют для вас часть волновой ф-и измеряемой системы. Сами картинки при этом не меняются. Меняетесь вы, запутываясь с этой системой.
ageyev
Так там же в статье и написано:
:)
"расщепление" в классической ММИ — это умозрительный термин, которым мы просто обозначаем разложение ВФ в некотором ортобазисе.
ageyev
ММИ не решает проблемы локальности. В любом из миров парадокс ЭПР остается парадоксом, вторая частица так или иначе "выбирает" состояние исходя их того какое состояние "выбрала" первая, даже находясь от нее на расстоянии многих световых лет.
Shkaff
ММИ полностью локальна. То, что парадокс ЭПР выглядит парадоксально внутри мира — не имеет значения, потому что ММИ решает его иначе — вводя множество миров.
ageyev
Shkaff, что вы думаете о статье Болдачева Логика многомировой интерпретации квантовой механики, где он доказывает нелогичность многомировой интерпретации (вкратце, если мир делиться на тот в котором атом распался и тот в котором атом не распался — это приводит к наличию "веток" в которых атомы не распадаются никогда, т.е. законы физики перестают действовать)
Shkaff
Ничего не думаю, ее не читал и не собираюсь, потому что нелогичность многомировой интрепретации не могут доказать лучшие философы мира, и сомневаюсь, что некто на форуме смог.
Нет ни одного закона физики, который утверждает, что атомы обязательно должны распасться. Чтобы это было валидным аргументом, должно не распадаться большое количество атомов. А это очень-очень-очень-очень маловероятно. Мы не знаем, конечно ли количество миров, или бесконечно. Если бесконечно — да, будет, возможно, один мир, в котором большое количество атомов останется не распавшимися. Ну и ничего страшного.ageyev
Конечно нет, речь идет только о ситуациях в которых согласно многомировой интерпретации мир должен разделиться на мир в котором атом распался, и мир в котором атом не распался. Ну и подобных ситуациях, в которых квартовая суперпозиция согласно ММИ приводит к возникновению разных миров.
Ну вообще-то это страшно.
Будет по-крайней мере один мир, в котором атомы не распадаются никогда, и, соответственно, мир в котором они всегда распадаются, и и некоторое количество миров в которых атомы будут распадаться или не распадаться аномально редко. ММИ логически приводит к этому.
Будет некий мир, в котором физик изучивший распад атома в университете, будет лишен возможности наблюдать его на практике :))))
Druu
В ММИ суперпозиция к созданию миров не приводит. Просто компоненты волновой ф-и для удобства называются "мирами". На самом деле мир ММИ один — один мир в суперпозиции.
На самом деле такого мира нет. Есть мир в котором атом находится в суперпозиции распался-нераспался.
Не ММИ, а квантовая механика. Может существовать наблюдатель, который, собственно, не наблюдает распада атома никогда — это вывод чистого квантмеха.
ММИ не добавляет никаких постулатов к квантмеху, в отличии от иных интерпретаций.
ageyev
Тогда это не ММИ, а старая добрая Копенгагенская интепретация :)
Druu
Нет, в ММИ нет коллапса. Вместо этого — наблюдатель тоже находится в суперпозиции, при этом его состояние запутано с состоянием наблюдаемого объекта.
plus79501445397
Shkaff
Коллапс тоже. Но и запутанность тоже не разрушается (в рамках всей вселенной) — просто происходит запутывание с окружением. Нам кажется, что в пределах нашего локального мира она разрушилась. Но это иллюзия.
plus79501445397
Правильно ли я понял, что в ММИ в рамках всей вселенной любые действия это только унитарные операторы, часть из которых в пределах нашего локального мира могут нам казаться как неунитарные (все остальные действия так и остаются унитарными для нас тоже)?
Shkaff
верно, так и есть!
ageyev
Только, с той разницей, что вы не щелкаете выключателем, вы смотрите в каком положении выключатель находится, у вас, и понимаете в каком положении находится переключатель на другом конце Вселенной, исходя из того что изначально было известно что его положение противоположно вашему.
В квантовой механике, когда вы смотрите на выключатель, считается что он принимает определенное состояние, а до этого у него состояния не было. Посему это смотрение на состояние переключателя, принимают за "щелчок" переключателем, и считают что в момент щелчка парный ему переключатель с противоположным, но неизвестным состоянием, тоже "щелкает".
Сие называют передачей информации. Но пока квантовая частица при ее наблюдении принимает случайное состояние, а не то которое хочет наблюдающий, передавать осмысленные сообщения только таким образом не получиться. Можно понять что если у вас оказался черный (левый) носок, то у вашего контрагента белый (правый), но чтобы использовать это информацию требуется передача дополнительных сообщений. Например "начни наступление если у тебя оказался белый носок" — отправляющий и получающий могут однозначно интерпретировать это сообщение как приказ начинать или не начинать наступление, тогда как перехвативший сообщение не сможет этого сделать.
Zalechi
Поправка — насколько я понимаю, на принимающей стороне квантовое состояние находится в суперпозици(все возможные состояния, пожалуй, как и на передающей стороне. В момент определения(установки) состояния кванта на передающей стороне, квант занимает идентичное состояние на принимающей стороне.
А разрушаются эти кванты, только потому, что поддержание квантовых состояний веществ затратная и трудоемкая в техническом плане работа, реализуемая на даный момент в сложных лабораторных установках.
Как я понимаю.
hssergey
Да, если продолжать тему с носками, то и на передающей и принимающей стороне носок находится в неопределенном состоянии (может быть любого цвета). Дальше мы делаем измерение, и видим, что носок белый. Но мы никак не можем узнать, это мы первыми сделали измерение и таким образом зафиксировали состояние, или измерение сделали раньше нас на передающей стороне и увидели, что там носок черный. Поэтому и невозможно через квантовую запутанность передать информацию.
ageyev
Не идентичное, а соответствующее. Если на передающей стороне оказывается белый носок, а изначально пара состояла из черного и белого (но неизвестно было куда какой попал), но на принимающей стороне будет носок черный.
Они не разрушаются, напротив, они из состояния квантовой неопределенности переходят в конкретное определенное бытие :) Как бы материализуются из тумана квантовой суперпозиции :)
SAWER
Последнее чушь же. Так можно сказать о любой информации по сети — пока не интерпретируем, это просто 0 и 1.
Alyoshka1976
"Парадокс (речь шла о квантовой физике) заключается… в конфликте между реальностью и нашим представлением о том, какая должна быть реальность" (слова большого доки в области физики с фамилией начинающейся на букву Ф. (смешно, но я забыл ее точное написание, а подсматривать не хочу, но все интересующиеся поймут, о ком речь) — из книжки "В поисках кота Шредингера").
IkaR49
Можно отправить на другую планету своего клона и "телепортироваться" в него :) Не как в стартреке, но как в EVE Online :)
Jogger
Вообще-то, не копируется. Переходит в какое-то состояние, из которого, зная в что произошло с исходным кубитом, можно получить исходное. То есть без передачи информации по классическим каналам связи — совершенно бесполезная штука.
Shkaff
Не уверен, почему вы это откомментили мне, но это ровно то, о чем пишу и я.
Linsh
<sarcasm>Телепорт в Стар Треке тоже по этому принципу работал </sarcasm>