Один з ключових принципів квантової теорії полягає в тому, що властивість об’єкта неможливо виміряти, не вплинувши на сам об’єкт. Зокрема, досі зафіксувати фотон означало фізично знищити його. Тепер вчені знайшли спосіб, як детектувати фотон, не допустивши його загибелі. Щонайцікавіше, це було зроблено у ділянці спектру, яка може бути корисною для майбутнього «квантового Інтернету».
Досі загальноприйнятим способом зафіксувати частинку світла була детектувати її за допомогою сенсора, який поглинав її енергію, при цьому знищуючи саму частинку. Останнім роками фізики створили методи одержання інформації про квантовий стан частинки (наприклад, встановлення ймовірності її місцезнаходження в тому чи іншому місці), зберігаючи при цьому саму частинку (ці методи називаються «слабким вимірюванням»). Це, однак, вело до втрати певної кількості інформації, закодованої в її квантовому стані.
Натомість нова технологія дозволяє встановити наявність частинки в тій чи іншій точці простору, не порушуючи при цьому закодованої в ній квантової інформації, - стверджує керівник дослідження, фізик з Інституту квантової оптики Макса Планка у Гархінгу (Німеччина) Стефан Ріттер.
У перспективі цю технологію можна застосовувати у квантових мережах для передачі інформації, захищеної незламним шифром. При цьому найтонші квантові стани мають переміщатися непорушними. У квантових мережах інформація закодована у квантові біти (або кубіти), в яких поєднані кілька квантових станів, так ніби вони існують одночасно в кількох паралельних світах. Тож, на відміну від класичних комп’ютерних бітів, кубіт може бути і нулем, і одиницею одночасно. При цьому втручання ззовні змусить кубіт прийняти лише один стан, зруйнувавши додаткову інформацію.
Щоб зафіксувати фотон, Ріттер та його колеги використали оптичний резонатор з двох дзеркал, розташованих на відстані 1 мм один від одного, між якими можна утримувати фотони з особливими «резонансними» значенням енергії. Всередині команда помістила атом в суперпозиції із двох станів, один із яких був резонуючий щодо системи, запобігаючи потраплянню всередину системи фотона з таким самим значенням енергії.
Коли науковці запустили всередину фотон, два стани атома спричинили дві події водночас. В одному з «паралельних світів» резонуючий щодо оптичної системи стан атома запобіг потраплянню всередину фотона, який «відскочив» від одного з дзеркал. В іншому ж «паралельному світі», де атом та система не перебували в резонансі, фотон потрапив всередину, відбився між розташованими паралельно дзеркалами та вилетів назовні. Квантовий стан фотона при цьому не змінився, однак змінився в атома, чия фаза між двома станами змістилась на 180 градусів. За цим зміщенням команда Ріттера й детектувала фотон, не вплинувши на його квантовий стан.
Подібний метод всередині 1990-х років, до речі, вже застосовував французький фізик Серж Арош у рамках дослідження маніпуляції квантовими станами, за яке він у 2012 р. разом з американцем Девідом Вайнлендом отримав Нобелівську премію в галузі фізики. Арош, однак, спромігся досягнути таких результатів лише для фотона у мікрохвильовому діапазоні, який не годиться для квантової комунікації.
За словами Філіпа Гранже, фізика з Інституту квантової оптики у Палезо (Франція), метод Ріттера може стати одним із необхідних інструментів для створення квантового ретранслятора – ключового компонента майбутнього квантового Інтернету.
19.11.2013