Телепортируемся отсюда: сможет ли Россия лидировать в квантовой гонке?
Квантовая телепортация позволяет решить проблему безопасной передачи информации и у российских ученых есть вполне конкурентоспособные разработки в этой области
За последние дни слово «телепортация» в СМИ звучало чаще, чем в предыдущие десять лет: сообщение о том, что Агентство стратегических инициатив планирует к 2035 году реализовать некие устройства с использованием телепортации, заставило одних сомневаться в психическом здоровье чиновников, а других — в компетентности журналистов. Мало кто успел разобраться, что речь идет не о магической телепортации из фантастических фильмов, а всего лишь о квантовой телепортации — хорошо изученном физическом явлении. Как ни странно, в исследовании и использовании этого явления Россия почти не отстает от Запада.
Красота метода
Термин «квантовая телепортация» был придуман ещё в начале 1990-х годов американскими учеными. Назвать эффект, описываемый в работе, их, возможно, действительно вдохновили фантастические книги и фильмы, однако суть его совсем иная. Явление телепортации в данном случае не означает возможность перемещения чего-либо материального: речь идет о мгновенном переносе квантовых состояний.
Квантовая физика оперирует так называемыми квантовыми объектами, то есть объектами очень малыми — атомами, элементарными частицами, ионами. Используя законы квантового мира, вы можете «скопировать» параметры одного такого квантового объекта (например элементарной частицы) на другой такой же объект (вторую частицу), находящийся в другой точке пространства.
К примеру, вы решили использовать частицы света — фотоны. У каждого фотона есть так называемая поляризация — направление колебаний его электромагнитного поля. К примеру, она может быть вертикальной (единичка) или горизонтальной (ноль). Суть квантовой телепортации в том, что конкретное значение поляризации одного фотона — один или ноль — может на расстоянии быть «скопировано» на другую частицу. Причем сам процесс переноса состояния произойдет мгновенно, даже если между «приемником» и «передатчиком» лежит вся Вселенная. Поскольку перенос состояния не занимает времени и не зависит от того, насколько далеко друг от друга частицы и что находится между ними, процесс и назвали телепортацией.
Но квантовая телепортация — не просто любопытный физический фокус, она может быть весьма полезна для человечества, например, в системах квантовой криптографии — это наиболее безопасный на сегодняшний день способ передачи данных. Информация в этом случае кодируется в квантовых состояниях (например, в поляризации фотонов). Вся красота метода в том, что при попытке «подслушивания» эти состояния разрушаются, а получатель неминуемо узнает о том, что их «слушает» посторонний.
Мы привыкли, что в вопросах передовых технологий сильно отстаем от Запада. Удивительно, но в вопросе развития квантовых технологий это отставание минимально. Почти одновременно с США, Китаем и Францией мы создали собственные сверхпроводящие квантовые биты, сенсоры, оптические резонаторы. Параллельно с коллегами из других стран наши ученые работают над освоением квантовой криптографии, вычислений и памяти. Россия — действующий член мировой квантовой гонки, и эта гонка требует больших интеллектуальных ресурсов. Но если не вложить эти ресурсы сейчас, рано или поздно технологии придется импортировать, —, а потом с болью говорить о необходимости квантового импортозамещения.
Всем миром
Скажем, пионером в области исследования квантовой телепортации стала
швейцарская компания ID Quantique, первой представив в 2004 году пригодные для коммерческого применения устройства. Для связи в этом случае используются два канала: квантовый, по которому передается ключ шифрования, и классический, по которому идет уже зашифрованная информация. Однако дальность, на которую возможна передача информации по каналам квантовой связи, сильно ограничена ввиду высокой уязвимости квантовых состояний, что приводит к их разрушению. Решить эту проблему должны квантовые повторители — устройства, способные восстанавливать квантовые состояния (в основе их работы — все та же квантовая телепортация). А вот один из возможных вариантов создания таких устройств был показан учеными из России и Словакии — это сделали Сергей Филиппов (МФТИ) и Марио Зиман (Slovak Academy of Sciences) в 2014 году.
Рекорд дальности передачи информации по квантовым оптоволоконным линиям составляет 102 км и принадлежит японским и американским ученым. Для достижения результата группе ученых пришлось охладить установку до температуры -272 градуса по Цельсию, что всего на градус выше абсолютного нуля. Уже этим летом Китай планирует существенно улучшить рекорд, запустив для этих целей спутник, и передать данные, используя квантовую телепортацию, из Пекина в Вену.
К чему эти сложности?
Безопасность передачи данных является важнейшим фактором для военных и банковских структур, и использование квантовой коммуникации может эту безопасность обеспечить. В России крупнейшим разработчиком квантовых линий связи является РКЦ (Российский Квантовый Центр): в мае этого года они запустили первую в России линию, соединяющую два отделения «Газпромбанка». Ее длина составила 30 км, а на исследования и разработку было выделено 450 млн. рублей.
Технологии, необходимые для создания квантовых сетей, существуют уже сейчас, однако большая часть оборудования представлена в виде громоздких установок в лабораториях. Превратить их в промышленные устройства и сделать эти технологии экономически эффективными еще предстоит. Во всем мире инженеры и ученые разрабатывают новые устройства и технологии, основанные на квантовых эффектах, и это как раз та область, где российская наука может конкурировать с западной. У нас есть реальный шанс войти в число лидеров квантовой революции, и важно его не упустить. Возможно, 10 миллиардов рублей за такое лидерство — не такая уж высокая цена.
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются в разделе «Мнения», может не совпадать с мнением редакции.
За последние дни слово «телепортация» в СМИ звучало чаще, чем в предыдущие десять лет: сообщение о том, что Агентство стратегических инициатив планирует к 2035 году реализовать некие устройства с использованием телепортации, заставило одних сомневаться в психическом здоровье чиновников, а других — в компетентности журналистов. Мало кто успел разобраться, что речь идет не о магической телепортации из фантастических фильмов, а всего лишь о квантовой телепортации — хорошо изученном физическом явлении. Как ни странно, в исследовании и использовании этого явления Россия почти не отстает от Запада.
Красота метода
Термин «квантовая телепортация» был придуман ещё в начале 1990-х годов американскими учеными. Назвать эффект, описываемый в работе, их, возможно, действительно вдохновили фантастические книги и фильмы, однако суть его совсем иная. Явление телепортации в данном случае не означает возможность перемещения чего-либо материального: речь идет о мгновенном переносе квантовых состояний.
Квантовая физика оперирует так называемыми квантовыми объектами, то есть объектами очень малыми — атомами, элементарными частицами, ионами. Используя законы квантового мира, вы можете «скопировать» параметры одного такого квантового объекта (например элементарной частицы) на другой такой же объект (вторую частицу), находящийся в другой точке пространства.
К примеру, вы решили использовать частицы света — фотоны. У каждого фотона есть так называемая поляризация — направление колебаний его электромагнитного поля. К примеру, она может быть вертикальной (единичка) или горизонтальной (ноль). Суть квантовой телепортации в том, что конкретное значение поляризации одного фотона — один или ноль — может на расстоянии быть «скопировано» на другую частицу. Причем сам процесс переноса состояния произойдет мгновенно, даже если между «приемником» и «передатчиком» лежит вся Вселенная. Поскольку перенос состояния не занимает времени и не зависит от того, насколько далеко друг от друга частицы и что находится между ними, процесс и назвали телепортацией.
Но квантовая телепортация — не просто любопытный физический фокус, она может быть весьма полезна для человечества, например, в системах квантовой криптографии — это наиболее безопасный на сегодняшний день способ передачи данных. Информация в этом случае кодируется в квантовых состояниях (например, в поляризации фотонов). Вся красота метода в том, что при попытке «подслушивания» эти состояния разрушаются, а получатель неминуемо узнает о том, что их «слушает» посторонний.
Мы привыкли, что в вопросах передовых технологий сильно отстаем от Запада. Удивительно, но в вопросе развития квантовых технологий это отставание минимально. Почти одновременно с США, Китаем и Францией мы создали собственные сверхпроводящие квантовые биты, сенсоры, оптические резонаторы. Параллельно с коллегами из других стран наши ученые работают над освоением квантовой криптографии, вычислений и памяти. Россия — действующий член мировой квантовой гонки, и эта гонка требует больших интеллектуальных ресурсов. Но если не вложить эти ресурсы сейчас, рано или поздно технологии придется импортировать, —, а потом с болью говорить о необходимости квантового импортозамещения.
Всем миром
Скажем, пионером в области исследования квантовой телепортации стала
швейцарская компания ID Quantique, первой представив в 2004 году пригодные для коммерческого применения устройства. Для связи в этом случае используются два канала: квантовый, по которому передается ключ шифрования, и классический, по которому идет уже зашифрованная информация. Однако дальность, на которую возможна передача информации по каналам квантовой связи, сильно ограничена ввиду высокой уязвимости квантовых состояний, что приводит к их разрушению. Решить эту проблему должны квантовые повторители — устройства, способные восстанавливать квантовые состояния (в основе их работы — все та же квантовая телепортация). А вот один из возможных вариантов создания таких устройств был показан учеными из России и Словакии — это сделали Сергей Филиппов (МФТИ) и Марио Зиман (Slovak Academy of Sciences) в 2014 году.
Рекорд дальности передачи информации по квантовым оптоволоконным линиям составляет 102 км и принадлежит японским и американским ученым. Для достижения результата группе ученых пришлось охладить установку до температуры -272 градуса по Цельсию, что всего на градус выше абсолютного нуля. Уже этим летом Китай планирует существенно улучшить рекорд, запустив для этих целей спутник, и передать данные, используя квантовую телепортацию, из Пекина в Вену.
К чему эти сложности?
Безопасность передачи данных является важнейшим фактором для военных и банковских структур, и использование квантовой коммуникации может эту безопасность обеспечить. В России крупнейшим разработчиком квантовых линий связи является РКЦ (Российский Квантовый Центр): в мае этого года они запустили первую в России линию, соединяющую два отделения «Газпромбанка». Ее длина составила 30 км, а на исследования и разработку было выделено 450 млн. рублей.
Технологии, необходимые для создания квантовых сетей, существуют уже сейчас, однако большая часть оборудования представлена в виде громоздких установок в лабораториях. Превратить их в промышленные устройства и сделать эти технологии экономически эффективными еще предстоит. Во всем мире инженеры и ученые разрабатывают новые устройства и технологии, основанные на квантовых эффектах, и это как раз та область, где российская наука может конкурировать с западной. У нас есть реальный шанс войти в число лидеров квантовой революции, и важно его не упустить. Возможно, 10 миллиардов рублей за такое лидерство — не такая уж высокая цена.
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются в разделе «Мнения», может не совпадать с мнением редакции.
Ещё новости по теме:
18:20