Еще один важный шаг на тернистом пути к созданию квантовых компьютеров и квантовых информационных сетей сделала команда физиков из Копенгагенского университета при поддержке немецких коллег. Ученым впервые удалось телепортировать квантовое состояние между объектами разной природы — светом и веществом.
Единица квантовой информации — кубит — всегда реализуется в квантовом состоянии той или иной физической системы. Но квантовые состояния весьма эфемерные объекты, они неизбежно разрушаются при измерениях. Измерение в принципе не может дать всю информацию об одном квантовом состоянии, а значит, его нельзя скопировать и передать на расстояние по обычному классическому информационному каналу.
Но в 1993 году теоретики показали, как квантовое состояние можно телепортировать — передать на расстояние другому объекту, разрушив квантовое состояние исходного. Для этого используется классический информационный канал и пара вспомогательных квантовых частиц в «запутанных» друг с другом состояниях. Специальным способом измеряя состояние одной из запутанных частиц вместе с исходной, а затем передавая результаты измерений в другое место, можно с помощью второй квантовой частицы из запутанной пары точно восстановить исходное квантовое состояние. Четыре года спустя телепортацию впервые удалось осуществить экспериментально, передав квантовое состояние от одного луча света к другому. Еще через семь лет, в 2004 году, ученым удалось телепортировать квантовые состояния захваченных в ловушку ионов.
Но для построения полноценной квантовой информационной сети этого все равно недостаточно. Свет хорош для передачи информации, а вещество — для ее хранения. И надо бы научиться телепортировать квантовое состояние от света к веществу и обратно. Без этого нельзя передать квантовую информацию на большие расстояния из-за неизбежных потерь в канале. Кроме того, недавно стало понятно, что телепортация необходима для исправления ошибок, которые возникают во время квантовых вычислений.
В новых экспериментах удалось решить первую половину этой задачи, телепортировав квантовое состояние лазерного луча облаку из триллиона атомов цезия. Эти атомы, находясь в ловушке в магнитном поле, могут долго сохранять квантовые состояния своего спина. Через облако пропускали мощный вспомогательный лазерный луч, состояние поляризации которого «запутывалось» со спинами атомов благодаря квантовому эффекту Фарадея. Затем луч смешивали с исходным лазерным импульсом и измеряли их поляризацию. Результаты измерения влияли на магнитное поле в атомной ловушке, что в сочетании с действием вспомогательного лазера позволяло телепортировать квантовое состояние лазерного импульса в состояние спинов атомов.
По мнению специалистов, эти эксперименты являются важным доказательством работоспособности самой концепции квантовой телепортации между разными носителями информации. Однако предстоит еще многое сделать, прежде чем эта техника станет практичным инструментом даже для научных исследований, не говоря уже о совсем далеких коммерческих приложениях. ГА
В Центре космических полетов NASA имени Годдарда состоялась пресс-конференция, в ходе которой обнародованы важные данные о черных дырах. Они были получены с помощью аппаратуры международной астрофизической обсерватории Swift, выведенной на околоземную орбиту 20 ноября 2004 года. Станция оснащена детектором жесткого рентгена и гамма-квантов, оптическим телескопом, который также работает в ближнем ультрафиолете, и рентгеновским телескопом. Этот спутник предназначен в основном для регистрации сверхмощных коротких вспышек гамма-излучения, так называемых гамма-барстеров, однако попутно собирает немало и другой ценной информации.
Члены команды обсерватории Swift сообщили журналистам, что они закончили обследование всех активных галактических ядер, расположенных в радиусе 400 млн. световых лет от Солнечной системы. Каждое такое ядро представляет собой исполинскую черную дыру, интенсивно засасывающую межзвездное вещество и даже звезды. В результате она генерирует мощные потоки электромагнитного излучения в диапазоне от радиоволн до рентгеновских квантов, а также струи частиц, разогнанных почти до скорости света, так называемые релятивистские джеты. Примерами активных ядер служат всем известные квазары и не столь знаменитые ядра сейфертовских галактик. Принято считать, что в центральных областях почти всех галактик находятся гигантские черные дыры массой в миллионы или даже миллиарды солнечных, однако свыше девяноста процентов этих дыр практически ничего не излучают. В частности, центр нашей собственной Галактики скрывает за газо-пылевыми облаками пассивную черную дыру, масса которой, по последним оценкам, в 3,6 млн. раз превышает массу Солнца.
Проведенное спутником Swift обследование продолжалось девять месяцев и привело к идентификации более чем двухсот сверхмассивных черных дыр, многие из которых ранее были неизвестны. Также ученые почти окончательно установили природу чернодырных джетов, которая вот уже три десятка лет является предметом споров. Новые данные свидетельствуют о том, что джеты не содержат антиматерии. До недавнего времени многие астрофизики полагали, что черные дыры испускают электронно-позитронные джеты, однако новое исследование этого не подтвердило. Астрофизики под руководством профессора Риты Самбруна (Rita Sambruna) изучили джеты двух типичных квазаров, направленные в сторону нашей Галактики. Анализ их излучения однозначно показал, что джеты сформированы только обычными частицами — электронами и протонами. АЛ