Скорость света не является абсолютным пределом для передачи информации — при некоторых условиях ее можно передавать в два раза быстрее, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
«Нам удалось теоретически и экспериментально показать, что квантовая суперпозиция позволяет обмениваться информацией сразу в двух направлениях, передавая друг другу лишь одну частицу, что считалось невозможным с точки зрения классической физики. Это позволяет создавать абсолютно защищенные линии связи, в которых будут защищены не только данные, но и само направление их передачи», — пишут Филип Вальтер и его коллеги из Венского университета (Австрия).
Любой объект Вселенной, как постулирует теория относительности Эйнштейна, не может двигаться быстрее скорости света, так как на ее преодоление потребуется бесконечное количество энергии. То же самое касается потенциальных носителей информации — ни один из них не может «обогнать» свет и мгновенно передать полезные сведения через огромные расстояния.
После открытия квантовой телепортации и феномена запутывания частиц, среди физиков и обывателей зародился очередной «вечный» спор — может ли информация передаваться подобным образом быстрее скорости света, и если да, можно ли как-то извлечь ее. Как сегодня считает большинство ученых, сделать это невозможно из-за необходимости передавать данные о телепортации классическим путем, хотя состояние частиц действительно меняется мгновенным образом вне зависимости от расстояния, разделяющего их.
Австрийские физики выяснили, что этот предел все же можно «нарушить», заставив информацию перемещаться между «абонентами» с удвоенной скоростью света, используя необычные свойства фотонов, запутанных на квантовом уровне. Подобная фраза, как поясняют ученые, не означает, что частица движется в два раза быстрее скорости света или что она несет в себе сразу два бита данных. В данном случае она говорит о том, что фотон является каналом не односторонней, а двусторонней связи.
Для этого, как выяснили Вальтер и его коллеги, необходимо перевести фотон в такое квантовое состояние, в котором его положение в пространстве было бы сильно «размазано» — иными словами, он одновременно находится в разных точках на пути между передатчиком и приемником. Грубо говоря, каждый участник эксперимента будет иметь по условной «половине» фотона, пока он находится в подобном «неопределенном» состоянии.
Манипулируя свойствами такой частицей света, «абоненты» такой квантовой линии связи могут одновременно считывать информацию, которую им передает собеседник, и одновременно записывать свои собственные ответы. В это же самое время их визави сможет прочитать переданные назад данные, сравнивая то, какими свойствами обладал фотон в тот момент, когда он записал свой бит в частицу света, и как он выглядит в текущий момент времени.
Подобный трюк, как отмечают ученые, не нарушает теории относительности, но он позволяет передавать данные в два раза быстрее, чем это теоретически возможно в соответствии с классическими законами физики.
Руководствуясь этой идеей, физики-экспериментаторы из Венского университета построили квантовую машину, которая позволяет вести подобный двусторонний обмен информации в реальном мире, используя обычное оптоволоконо, несколько лазеров, расщепителей света и прочих оптических устройств.
Что интересно, первые эксперименты с этой установкой показали, что передаваемые данные в ней автоматически шифруются, что делает взлом подобной квантовой линии связи крайне сложной задачей. Более того, если один из абонентов будет передавать абсолютно случайные данные, то хакер не сможет извлечь данные из линии связи в принципе, что сделает подобные «двусторонние» линии квантовой связи привлекательными для банков и госорганов.