Российский и чешский ученый сумели разрешить важную проблему, существующую в создании новых квантовых технологий – квантового компьютера и защищенной передачи данных. Физики Сергей Филиппов (МФТИ и Российский квантовый центр в Сколково) и Марио Зиман (Масариков университет в Брно, Чехия, и Физический институт в Братиславе, Словакия) нашли способ сохранить квантовую запутанность частиц при прохождении через усилитель или, напротив, при их передаче на большое расстояние.
Квантовая запутанность (или спутанность, сцепленность, нелокальность и т. п. — русскоязычный термин еще не устоялся окончательно, в отличие от английского quantum entanglement) не имеет аналогов в обычном макромире. Суть её заключается в следующем: можно получить две (или несколько) квантовых частиц — фотонов, атомов, которые существуют в едином взаимозависимом квантовом состоянии. Эти частицы можно разнести на сколь угодно далекое расстояние, однако по-прежнему они будут мгновенно «чувствовать» состояние друг друга. Даже если расстояние между ними столь огромно, что взаимодействие не успеет передаться — мы помним, что предельная скорость передачи взаимодействия ограничена скоростью света.
Это явление можно использовать для защиты передачи данных от взлома. При попытке перехватить передаваемые по такому оптоволоконному каналу данные, закодированные запутанными фотонами, последняя неизбежно нарушается, и законный получатель сообщения тут же обнаруживает постороннее вмешательство. Тем не менее в реальности квантовая запутанность часто разрушается при передаче пакетов через усилитель сигнала или просто на большое расстояние.
В новой публикации в журнале Phys. Rev. A сообщается, что определенный класс сигналов можно передать так, что риск разрушить квантовую запутанность становится намного ниже. И затухание сигнала, и его усиление в таком случае не приведет к потере запутанности — для этого необходимо взять частицы в специально приготовленных так называемых негауссовых состояниях. Как говорит один из авторов работы, Сергей Филиппов, условие лучшего сохранения запутанности звучит как «волновая функция частиц в координатном представлении не должна иметь вид гауссова волнового пакета».
В этом определении используется понятие нормального или гауссового распределения — важнейшей математической функции распределения вероятностей, применяющейся не только физиками, но и всеми специалистами по статистике, вплоть до социологов и экономистов.
Публикацию международного коллектива можно прочитать в библиотеке электронных препринтов ArXiv.org.
Фото: Skyboy103, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons
