Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Квантовая запутанность

Китай создал квантовый сигнал связи с помощью спутника

19.06.2020 00:10:29 | Автор: admin

Китайские ученые создали квантовую линию связи. Ее длина превышает тысячу километров.

Международная команда ученых объявила о первой одновременной передаче зашифрованного квантового сообщения, которое было отправлено с космического спутника на два наземных телескопа, расположенных на расстоянии 1120 километров друг от друга. Таким безопасным каналом связи ученым удалось соединить города Наньшань и Дэлинха. Правда, пока данные передаются довольно медленно на отправку одного байта уходит около полутора минут. Как пишет испанская El Pais, несмотря на то, что квантовые явления происходят в микроскопических масштабах, они могут оказывать влияние на видимый мир.

Что такое квантовый канал связи?

Используя спутник «Мо-Цзы» физики из Китая, Великобритании и Сингапура создали квантовый канал связи между двумя китайскими городами. Необходимо отметить, что одна из главных проблем в работе современных систем квантовой связи заключается в том, что свет при движении через оптоволокно постепенно «угасает», поэтому для ретранслятора был использован спутник«Мо-Цзы» (Micius):

Используя спутник связи «Мо-Цзы» нам удалось произвести квантовый обмен ключами между двумя наземными станциями. Это стало возможным благодаря повышению эффективности передачи запутанных фотонов примерно в четыре раза и достижению скорости в 0,12 бит в секунду. А вот используя наземные системы передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей составляет всего несколько сотен километров пишут авторы в новой работе.

Теоретически, квантовое распределение является абсолютно безопасным способом обмена секретными ключами между удаленными пользователями. Метод основывается на фундаментальных законах квантовой физики: процесс измерения квантовой системы изменяет ее состояние. Как пишет The Conversation, две частицы могут быть переплетены таким образом, что то, что происходит с одной, мгновенно происходит с другой, даже если их разделяют миллиарды километров. Если кто-то пытается наблюдать эти частицы во время передачи, их состояние меняется, а запутанность нарушается. Это свойство позволяет создать систему связи, теоретически невозможную для взлома, поскольку сам факт наблюдения уничтожает сообщение.

Изображение предоставил Nature Juan Yin, / Nature, 2020

Если все происходящее кажется несколько удивительным, то вам будет интересно узнать, что в течение многих лет Китай, Европа и США работают над развитием квантовых коммуникационных сетей для отправки официальных сообщений или создания систем кибербезопасности на стратегических объектах. Ранее в лабораторных условиях исследователи продемонстрировали экспериментальное распределение ключа используя оптоволокна длиной 421 км.

Чтобы всегда быть в курсе последних научных открытий в области физики, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram!

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые подробно описывают передачу секретного ключа, написанного парами запутанных фотонов частиц света с помощью спутника «Мо-Цзы», который вращается на расстоянии 500 километров от Земли. Использование спутника имеет решающее значение, поскольку передача этих сообщений с использованием оптического волокна теряет много фотонов, так что ретрансляторы требуются каждые 100 или 150 километров. Более того, ретранслятор со всеми его механическими компонентами может быть взломан.

Мир квантовой информации

Примечательно, что в опубликованном исследовании ученые наглядно демонстрируют защиту своей системы связи от различных типов атак и показывают, что она безопасна. Ее скорость и эффективность в 100 миллионов раз выше, чем у наземного оптического волокна. Работа закладывает основу глобальной квантовой коммуникационной сети, подчеркивают авторы исследования. И действительно, до сих пор никому не удавалось осуществить передачу квантового сообщения на таком большом расстоянии.

Власти Поднебесной много лет инвестируют крупные суммы денег в новые технологии квантовой связи как в космосе, так и на земле. В предыдущем эксперименте исследователям удалось подключить Пекин и Шанхай к волоконно-оптической сети для передачи квантовых ключей. Кроме того, страна поставила несколько рекордов в области связи из космоса, например, передача в 2017 году квантового ключа, который позволил поддерживать телеконференцию между Веной и Пекином на расстоянии более 7000 километров, кстати, также с помощью спутника спутника «Мо-Цзы».

Квантовая связь это совокупность методов для передачи закодированной информации в квантовых состояниях из одной точки в другую.

Разница заключается в том, что в прошлый раз спутник выступал в качестве сейфа для хранения ключа при перемещении из точки А в точку В. Именно во время передачи сигнал становится уязвим для шпионажа. Напомним, что концепция квантовой связи была придумана в Европе, и именно здесь были проведены первые фундаментальные эксперименты в этой области. Но так как Китай делает большую ставку на освоение этой технологии, эта область научных исследований щедро финансируется. Авторы исследования также полагают, что успех последнего эксперимента подтолкнет Европу к разработке собственной сети, правда, используя свои технологий. Что, не могу не отметить, несколько странно, так как у науки не существует границ.

Читайте также: Запущена первая в России многоузловая квантовая сеть

Так или иначе, следующей важной вехой будет использование геостационарных спутников, расположенных на расстоянии около 35 000 километров от Земли позволит увеличить расстояние, на которое могут передаваться зашифрованные сообщения с помощью квантовой технологии. А как вы думаете, к чему нас приведет создание квантовой системы связи? Ответ будем ждать здесь!

Подробнее..

Существует ли объективная реальность?

05.12.2020 18:13:15 | Автор: admin

Ученые не оставляют попыток ответить на вопрос о том, что такое реальность.

Что такое реальность? И кто может дать ответ на этот вопрос? В прошлом году ученые из Университета Хериота-Уатта в Шотландии проверили интересный эксперимент, результаты которого предполагают, что объективной реальности может не существовать. Несмотря на то, что когда-то эта идея была просто теорией, теперь исследователи смогли перенести ее в стены университетской лаборатории, а значит проверить. Так как в квантовом мире измерения с разных позиций дают различные результаты, но при этом одинаково верны, проведенный эксперимент показал, что в мире квантовой физики два человека могут наблюдать одно и то же событие и разные результаты; при этом ни одно из этих двух событий не может быть воспринято как неправильное. Иными словами, если два человека видят две разные реальности, то договориться какая из них правильная они не смогут. Этот парадокс известен как «парадокс друга Вигнера» и теперь ученые экспериментально его доказали.

Квантовая механика это раздел теоретической физики, который описывает основные свойства и поведение атомов, ионов, молекул, электронов, фотонов, конденсированных сред, а также других элементарных частиц.

Парадокс друга Вигнера

В 1961 году лауреат Нобелевской премии по физике Юджин Вигнер всерьез задался вопросом о том, чем же является объективная реальность. Ученый предложил один из самых странных экспериментов в квантовой механике, который включал идею о том, что два человека могут наблюдать две разные реальности и ни один из них технически не будет ошибаться. Но как?

В ходе мысленного эксперимента, который и получил название «парадокс друга Вигнера», два ученых в лаборатории изучают фотон наименьшую количественную единицу света. Примечательно, что этот поляризованный фотон при измерении может иметь либо горизонтальную поляризацию, либо вертикальную. Но до измерения, согласно законам квантовой механики, фотон существует в обоих поляризационных состояниях одновременно в так называемой суперпозиции.

Итак, Вигнер представил себе, как его друг в другой лаборатории измеряет состояние этого фотона и запоминает результат, в то время как сам Вигнер наблюдает издалека. При этом у Вигнера нет никакой информации об измерении своего друга, а потому он вынужден предположить, что фотон и его измерение находятся в суперпозиции всех возможных результатов эксперимента.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области теоретической физики (и не только), читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

До измерения фотон находится в суперпозиции, то есть в двух состояниях одновременно.

Но ведь это резко контрастирует с точкой зрения друга Вигнера, который действительно измерил поляризацию фотона и записал ее! Друг может даже позвонить Вигнеру и сказать, что измерение было сделано (при условии, что результат не будет раскрыт). Таким образом мы получаем две реальности, противоречащих друг другу, что ставит под сомнение объективный статус фактов, установленных двумя наблюдателями.

Примечательно, что до 2019 года пока шведские ученые не провели тот же эксперимент в лаборатории парадокс друга Вигнера являлся исключительно мысленным экспериментом. Точно так же, как и всемирно известный эксперимент, предложенный австрийским физиком-теоретиком Эдвином Шредингером.

Кот Шредингера мысленный эксперимент, описывающий абсурдность квантовой механики. Представьте, что у вас есть кот и коробка. В коробку вы помещаете кота, радиоактивное вещество и специальный механизм, открывающий колбу с ядом. В случае распада радиоактивного атома в закрытой коробке а это может произойти в любой момент механизм откроет емкость с ядом и кот погибнет. Вот только узнать, распался радиоактивный атом или нет, можно только заглянув в коробку. До этого момента, согласно принципам квантовой физики, кот одновременно и жив, и мертв, то есть находится в суперпозиции.

Кстати, недавно физики придумали как спасти кота Шредингера. Подробнее об этом увлекательном открытии читайте в нашем материале.

Объективной реальности не существует?

Для создания двух альтернативных реальностей в лаборатории исследователи использовали шесть запутанных фотонов. Одна реальность представляла реальность Вигнера, другая реальность его друга. Друг Вигнера измерил поляризацию фотона и сохранил результат, после чего уже сам Вигнер выполнил интерференционное измерение, чтобы определить, находятся ли измерение и фотон в суперпозиции.

Результаты, полученные командой ученых были неоднозначными. Оказалось, что обе реальности могут сосуществовать, даже если приводят к непримиримым результатам все как и предсказывал Юджин Вигнер. Но можно ли их согласовать?

Открытие шотландских ученых примечательно своей сложностью, так как впервые мысленный эксперимент такого рода удалось проверить в лабораторных условиях.

Идея о том, что наблюдатели могут в конечном итоге согласовать свои измерения некоторой фундаментальной реальности, основана на нескольких предположениях. Во-первых, универсальные факты действительно существуют и наблюдатели могут прийти к согласию относительно них. Вовторых, выбор, который делает один из наблюдателей, не влияет на выбор, который делают другие наблюдатели это предположение физики называют локальностью. Так что если существует объективная реальность, с которой все могут согласиться, то все эти предположения справедливы.

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Но результаты работы ученых из Университета Хериота-Уатта, опубликованной в журнале Science Advances, свидетельствуют о том, что объективной реальности не существует. Другими словами, эксперимент предполагает, что одно или несколько предположений идея о том, что существует реальность, с которой мы можем согласиться, идея о том, что у нас есть свобода выбора, или идея локальности должны быть ошибочны.

«Научный метод опирается на повсеместно согласованные факты, установленные путем многократных измерений, вне зависимости от того, кто проводил наблюдения», пишут исследователи в своей работе.

Не знаю как у вас, но у меня голова идет кругом, ведь полученные результаты предоставляют реальные доказательства того, что, когда дело доходит до области квантовой физики, такой вещи как объективная реальность не может существовать.

Подробнее..

Почему квантовая физика сродни магии?

12.04.2020 00:22:43 | Автор: admin

Что вы знаете о квантовой физике? Даже гуманитарию вроде меня понятно, что физика и квантовая физика изучают немного разные вещи. При этом физика в целом это наука о природе, которая изучает то, как устроен мир и как все объекты и тела взаимодействуют друг с другом. Будучи разделом физики, квантовая механика изучает наш мир на самом глубинном уровне. Дело в том, что все, что нас окружает состоит из атомов. Да что там, даже мы с вами это ни что иное как ансамбль из атомов, которые зародились в ядрах сверхновых звезд. Более того, эта область физики настолько сложная, что многие ученые признают, что плохо ее понимают. Учитывая растущее количество вопросов, на которых сегодня нет ответов и некую схожесть квантовой физики с магией, она невероятно привлекательна, но может ввести в заблуждение, как это успешно делают многие шарлатаны и лжеученые. В этой статье мы попытаемся понять почему квантовая физика так похожа на волшебство.

Фотон это элементарная частица, которая не имеет массы и может существовать в вакууме, передвигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю.

Никто в мире не понимает квантовую механику

Все мы любим фокусы. Особенно те, во время которых фокусник может заставить шары прыгать между перевернутыми чашками. В квантовых системах, где свойства объекта, включая его местоположение, могут варьироваться в зависимости от того, как вы за ним наблюдаете, такие подвиги должны быть возможны без ловкости рук. Дело в том, что согласно квантовой теории, элементарная частица обретает определенное состояние лишь в момент наблюдения. В это сложно поверить, но в итоге ученым удалось экспериментально доказать, используя один-единственный фотон, что он существует в трех местах одновременно. Но как такое возможно?

Один из самых знаменитых квантовых экспериментов это двухщелевой эксперимент, который показал, что свет и материя могут вести себя как частица и волна одновременно.

Необходимо отметить, что успехами квантовой механики с помощью которой можно точно описать поведение атомов и элементарных частиц интересовался Альберт Эйнштейн. Однако гениальный ученый выступал против этой теории и высмеивал понятие, которое лежит в ее основе запутанность. В квантовой механике запутанность означает, что свойства одной частицы могут немедленно влиять на свойства другой, независимо от расстояния между ними.

Квантовая запутанность это явление, при котором квантовые состояния двух или больше объектов оказываются взаимозависимыми

Впоследствии, серия тщательно разработанных экспериментов показала, что Эйнштейн ошибался: запутанность реальна и никакие другие теории не могут объяснить ее странные эффекты. И все же, несмотря на способность квантовой теории объяснять результаты экспериментальным путем, многие ученые признают, что квантовая физика настолько сложная, что познать ее едва ли удастся.

Однако запутанность не единственное явление, которое отделяет квантовую теорию от классической. По мнению некоторых физиков, есть еще один шокирующий факт о квантовой реальности, который часто упускают из виду и который добавляет волшебства этой области теоретической физики. Как пишет издание The New Scientist, В 1967 году Саймон Кочен и Эрнст Спекер математически доказали, что даже для одного квантового объекта, где запутанность невозможна, значения, которые вы получаете при измерении его свойств, зависят от ситуации, в которой этот объект находится. Таким образом, ценность свойства А зависит от того, решили ли вы измерить его с помощью свойства В или с помощью свойства С. Говоря простыми словами, не существует реальности, независимой от выбора измерения.

Как вы думаете, связаны ли квантовая механика и сознание? Поделитесь ответом в комментариях к этой статье, а также с участниками нашего Telegram чата

Магия реальности

Согласитесь, все это как минимум странно и заставляет мозг буквально трещать по швам. Ведь получается, что присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. Но разве это не вмешательство сознания в материальную реальность? А если учесть, что фотон света может одновременно быть и частицей и волной и находиться сразу в трех местах, то в каком мире мы вообще живем? Является ли это доказательством существования параллельных реальностей с одинаковыми законами физики?

Квантовую физику, вероятно, можно вписать в практически любую выдуманную историю

И это лишь часть вопросов, на которые у современной физики нет ответов. Пока. Однако все неизвестное издревле пугало человека. Иногда люди готовы поверить во что угодно, лишь бы был хотя бы один и уже не важно какой ответ. По этой причине совершенно неудивительно, что всякого рода шарлатаны и лжеученые так любят квантовую физику. Если ради интереса включить РЕН ТВ, то можно наткнуться на одну из передач о потустороннем мире, в котором, в роли эксперта, выступает очередной лжеученый. В 99 случаях из 100, его ложное объяснение мироустройства будет включать в себя хотя бы одно упоминание квантовой физики. При этом любой лжеученый резво бравирует такими научными терминами как электрон, фотон и запутанность, чтобы в глазах неискушенного зрителя обрести более-менее достоверный вид.

Читайте также: Кота Шредингера можно спасти, даже не заглядывая в ящик

Иногда мне даже кажется, что любой уважающий себя шарлатан просто обязан иметь в своем репертуаре спич о тайнах квантовой физики. Ведь ученым практически нечего возразить их утверждениям о том, что квантовая механика загадка для ученых. Правда удобно? Результатом популяризации таких идей может стать ложное представление о мире для большого количества людей. Подобные идеи также способствуют склонности к альтернативной медицине и лечения опасных заболеваний наложением рук. Так, с экранов телевизоров эзотерики с пеной у рта доказывают, что мысль материальна потому что квантовая физика вот, а доморощенные биологи приплетают квантовую физику в свои необоснованные идеи о волновом геноме и.т.д. Все это способствует развитию магического мышления, подробнее о котором я писала ранее, и росту мифов и заблуждений о мире, в котором мы живем.

Недавно Hi-News.ru был включен в перечень социально значимых ресурсов по версии Минкомсвязи. Это означает, что пользователи МТС, Билайн и других сотовых операторов смогут читать наши статьи даже при отрицательном балансе. Подписавшись на наш канал в Google News, вы всегда будете в курсе последних новостей из мира популярной науки.

Согласно теории Эдвина Шредингера кот в коробке может быть и жив и мертв одновременно

Между тем, квантовая физика это самая настоящая магия. Магия реальности. Да, мы много не понимаем и не знаем ответов на вопросы, которые порождает квантовая запутанность и результаты многочисленных экспериментов, в том числе и кота Шредингера, о котором ранее писал мой коллега Николай Хижняк. При этом реальность намного интереснее вымысла, ведь мы столького о ней не знаем: наша Вселенная на 95% состоит из таинственной темной материи, а еще есть темная энергия, которая отвественна за ускорение расширения Вселенной. Более того, на самом глубинном уровне наш мир состоит из мельчайших частиц, которые могут находиться в нескольких местах одновременно и ведут себя по-разному в зависимости от того, наблюдаем мы за ними или нет. Если это не магия реальности, то что есть реальность?.

В то же самое время наука уже дала множество ответов на важнейшие вопросы о нашем мире. Так или иначе, я думаю что нет ничего плохого в том, чтобы не знать чего-то и не понимать квантовую физику. Главное это наша способность познавать как можно больше, познавать Вселенную. Которая, скорее всего, тоже познает себя через нас.

С точки зрения квантовой физики у существования нашей Вселенной может быть смысл

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2021, umnikizdes.ru