Каталог
ZV
ездный б-р, 19
+7 (495) 974-3333 +7 (495) 974-3333 Выбрать город: Москва
Подождите...
Получить токен
Соединиться
X
Сюда
Туда
x
Не выбрано товаров для сравнения
x
Корзина пуста
Итого: 
Оформить заказ
Сохранить заказ
Открыть корзину
Калькуляция
Очистить корзину
x
Главная
Магазины
Каталог
Мои заказы
Корзина
Магазины Доставка по РФ
Город
Область
Ваш город - ?
От выбранного города зависят цены, наличие товара и
способы доставки

Понедельник, 16 октября 2017 22:47

Квантовый интернет по-китайски

короткая ссылка на новость:

– Вы знаете, товарищ майор, развитие кибернетики сулит возможность телеграфной передачи даже целой человеческой личности!

– Вы имеете в виду, что иностранные разведки смогут по телеграфу забрасывать к нам своих агентов?

– Именно это. Впрочем, как признает сам Норберт Винер, для того, чтобы получить информацию, которую нужно передать, электронный луч должен будет обязательно просканировать все клетки человеческого тела, что неизбежно убьет их. И поэтому на приемной стороне мы получим не живого агента, а его труп.

– Ну, уж с трупом мы как-нибудь справимся…

Из советского шпионско-фантастического романа времен холодной войны

16 июня 2017 года в журнале Science появилась статья группы китайских товарищей с первыми результатами работы научно-исследовательского спутника Micius. Запущенный 16 августа 2016 года космический аппарат обошелся КНР в 100 млн евро (по 150 тысяч за каждый из 640 кг его массы, что в 4 раза дороже золота). Он был назван в честь китайского философа V-IV века до н.э. Мо-цзы (в европейской традиции – Micius), который впервые описал камеру-обскуру, то есть стал первым в мире оптиком.

Сразу после запуска мировая пресса назвала этот космический аппарат первым спутником принципиально невскрываемой квантовой связи, объявив, что к 2030 году китайцы намерены развернуть глобальную сеть «квантового интернета» из 20 спутников. Предлагаем неограниченному кругу читателей nix.ru ближе познакомиться со статьей в Science, чтобы самим оценить, насколько все эти сообщения близки к реальности.

Коллективный разум

Грандиозность китайского вклада в историю мировой науки и техники подчеркивала многочисленность авторов статьи. Вот этот исторический список:

Juan Yin, Yuan Cao, Yu-Huai Li, Sheng-Kai Liao, Liang Zhang, Ji-Gang Ren, Wen-Qi Cai, Wei-Yue Liu, Bo Li, Hui Dai, Guang-Bing Li, Qi-Ming Lu, Yun-Hong Gong, Yu Xu, Shuang-Lin Li, Feng-Zhi Li, Ya-Yun Yin, Zi-Qing Jiang, Ming Li, Jian-Jun Jia, Ge Ren, Dong He, Yi-Lin Zhou, Xiao-Xiang Zhang, Na Wang, Xiang Chang, Zhen-Cai Zhu, Nai-Le Liu, Yu-Ao Chen, Chao-Yang Lu, Rong Shu, Cheng-Zhi Peng, Jian-Yu Wang, Jian-Wei Pan.

Комментарий nix.ru

Статья подписана 34 лаконичными фамилиями, среди которых шесть Ли и ни одного Брюса, Ганса или Ивана. Однако главный автор этого коллективного разума указан последним. Это академик Китайской академии наук Пань Цзяньвэй. Впрочем, не надо думать, что идея этого эксперимента родилась исключительно в его гениальной голове.

Пионером и одним из мировых лидеров работ в области квантовой связи является австрийский ученый, ныне президент Австрийской академии наук Антон Цайлингер. Именно он установил в 2008 году мировой рекорд дальности квантовой связи: лазерный луч соединил передатчик и приемник на островах Пальма и Тенерифе на расстоянии 144 км. Именно у Цайлингера будущий китайский академик стажировался, готовясь к защите докторской диссертации. В 2008 году Пань Цзяньвэй вернулся в Китай и сразу же получил грант в 10 млн евро для продолжения исследований.

Идею запустить спутник для экспериментов в области квантовой связи Цайлингер предложил Европейскому космическому агентству еще в 2001 году, но денег на эту затею у европейцев не нашлось. А вот Китай своему академику в финансировании не отказал. Впрочем, ученик не забыл учителя. Цайлингер является научным соруководителем проекта, а на втором этапе, после того, как Китай закрепит за собой мировой приоритет в создании «первого в мире спутника квантовой связи», будет проведен аналогичный эксперимент на линии Пекин – Вена.

Достижения китайской науки, техники и экономики впечатляющи, но факт остается фактом: китайцы по-прежнему сильны в основном лишь реализацией чужих идей. И данный проект – не исключение.

Слишком высокая технология

Впрочем, практическая реализация идеи – тоже великое дело. Быть может, китайцы действительно совершили прорыв на благо всего человечества в создании работоспособной линии квантовой связи?

Напомним читателям, что квантовая связь основывается на возможности передавать и принимать пары частиц, в данном случае – фотонов, которые находятся в состоянии квантовой запутанности.

Квантовая запутанность предполагает, что единство квантового состояния двух частиц общего происхождения сохраняется, даже если они физически разнесены друг от друга на большое расстояние. Это значит, что измерение состояний каждого из запутанных фотонов даст связанный результат, даже если частицы находятся на разных концах Вселенной. К примеру, поляризация одного фотона всегда окажется противоположной поляризации второго, поскольку в сумме они должны дать исходный ноль. При этом конкретное значение поляризации выясняется только в момент измерения. Впрочем, никакой мгновенной передачи информации при этом не происходит: чтобы считать состояние фотона на одном конце линии квантовой связи, необходимо по обычным каналам получить информацию о результатах измерения на другом конце. Главное достоинство этой технологии состоит в том, что попытка перехватить, то есть несанкционированно измерить сигнал на пути его следования, приводит к разрушению квантовой запутанности пар, что сразу становится заметным.

В китайском эксперименте пары запутанных фотонов генерировал космический аппарат. Пары разделялись и передавались в виде двух лучей лазера на наземные станции. Предыдущий рекорд дальности квантовой связи, как говорилось выше, равнялся 144 км. Китайцы добились почти на порядок большего.

Вот несколько победных реляций из статьи в Science.

«Мы продемонстрировали передачу двух запутанных фотонов со спутника на две наземные станции, физически отстоящие на расстояние 1203 км друг от друга…»

«До сих пор квантовая запутанность сохранялась на расстояниях порядка 100 км, что лимитировалось потерями фотонов в канале передачи (оптическое волокно или передача в атмосфере в зоне прямой видимости), которые растут экспоненциально с ростом длины канала».

«…Ключевым преимуществом является то, что потери фотонов и рассеивание сигнала главным образом происходят в турбулентном нижнем слое атмосферы до высоты 10 км, в то время как основная часть линии передачи проходит в вакууме с почти нулевым поглощением и искажением сигнала».

«С практической точки зрения широкомасштабное распространение состояния квантовой запутанности – вплоть до глобального масштаба – полезно как существенный физический ресурс для создания таких квантовых информационных протоколов как квантовая криптография, квантовая телепортация и квантовые сети».

Комментарий nix.ru

Что в действительности представляют собой «ключевые преимущества» предложенной технологии, достаточно красноречиво описывают две следующие цитаты из китайской статьи.

«Передатчик на спутнике излучал 5,9 млн запутанных пар фотонов в секунду».

«Мы получили 134 события совпадения (одновременный приход фотонов, которые являются запутанной парой, без учета шумов) за эффективное время в 250 с».

Получается, что из 1,5 млрд пар спутанных фотонов, переданных космическим аппаратом за сеанс связи в 250 с, было принято целых 134! Это значит, что сигнал ослабился в 11 млн раз. И усилить его на Земле нельзя, поскольку речь идет о передаче именно квантовой запутанности, а не собственно фотонов, то есть фотоны должны быть обязательно «оригинальными».

До детектора доходит только одна пара частиц из 11 млн. Вот что сами авторы статьи пишут о столь низкой эффективности: «Потери в канале связи порождались несколькими эффектами: рассеянием луча, ошибками наведения, турбулентностью атмосферы и поглощением фотонов воздухом».

Начнем с рассеяния луча. В статье приведены такие данные: «Два луча запутанных фотонов формируются двумя телескопами типа Cassegrain с апертурами 300 и 180 мм с расхождением 10 µрад».

Несложный подсчет показывает, что на расстоянии в 500 км расхождение луча в 10 µрад дает пятно диаметром 5 м. При этом расстояние от спутника до наземных станций в процессе передачи меняется от 500 до 2000 км, соответственно и размер пятна увеличивается до 20 м.

В качестве приемников, кстати, китайцы также использовали вполне приличные по размерам телескопы с диаметрами зеркал 1200 и 1800 мм. Но даже при использовании 1,8-метрового телескопа из-за одного только расхождения луча на расстоянии 500 км до детектора доходит лишь одна восьмая часть всех переданных со спутника фотонов, а на 2000 км – и вовсе одна 125-я.

Кстати, использовать в качестве приемника 1,8-метровый телескоп – тоже недешевое решение. Количество таких приборов на Земле исчисляется десятками штук, они стоят десятки миллионов долларов, зеркала для них изготавливают годами. Их использование в качестве «приемных терминалов», конечно, возможно, но явно не делает квантовую связь чем-то общедоступным. Словом, до размеров спутникового телефона или телевизионной «тарелки» на балконе такой телескоп вряд ли скоро уменьшится.

Переходим к ошибкам наведения. Вот что пишут авторы статьи по этому поводу: «Эффективная передача запутанности предъявляет более строгие требования, чем обычная спутниковая связь. В частности, требуется, чтобы полезная нагрузка спутника с двумя телескопами могла создавать два независимых канала связи с наземными станциями одновременно».

Обычный геостационарный спутник связи использует антенны, которые покрывают целые континенты. Спутник Micius пришлось снабдить возможностью наводить два своих луча на наземные станции с точность 0,41 µрад, то есть с расстояния в 500 км система попадает в цель размером 20 см. И все это на скорости 7,8 км/с. Причем целить надо в две «мишени» одновременно. Для этого один из телескопов на спутнике пришлось расположить на подвижной платформе с двумя степенями свободы, а второй наводить ориентацией самого спутника.

Современные телекоммуникационные спутники имеют срок гарантийной работы 15–17 лет. А вот сколько проработает аппарат со столь сложной механикой – можно только гадать, не говоря о постоянном расходе топлива на ориентацию. Причем подъем на геостационарную орбиту высотой 36 000 км проблем не решает. Да, спутник будет почти неподвижно висеть над планетой в точке стояния, но даже в этом случае одно дело накрыть радиолучом целый континент, и совсем другое – направить лазерную «указку» на телескоп, пусть даже и диаметром 1,8 м. Не говоря уже о необходимости периодически перенацеливать лучи, если после Пекина и Вены надо будет связать, к примеру, Лондон и Сингапур или Токио с Мельбурном. При этом на расстоянии в 36 000 км диаметр лазерного «зайчика» в результате расхождения луча увеличится до 360 м, а это значит, что сигнал ослабится еще в 1000 раз.

Идем дальше. Авторы статьи пишут: «Спутник кружится по солнечно-синхронной орбите и оказывается в поле зрения одновременно двух наземных станций каждую ночь приблизительно в 1:30 пекинского времени и остается в поле их зрения в течение ~275 с».

То есть сеанс связи для двух наземных станций длится… 5 минут каждые сутки. Если представить один фотон как один бит информации, то для передачи 1024-битного ключа при достигнутой скорости связи (1 фотон в 2 с) понадобится почти 32 минуты, а на самом деле потребуется на порядки больше времени, поскольку одним фотоном на один бит дело никак не обойдется. Положим, квантовая связь предназначена не для передачи собственно сообщений, а лишь для глобального распределения ключей шифрования, с помощью которых затем эти сообщения будут безопасно передаваться по обычным линиям связи. Но все это не отменяет того факта, что за 5 минут по такой линии не удастся передать вообще ничего. Быстрее и дешевле общаться азбукой Морзе, а для обеспечения секретности поставить вокруг 360-метрового лазерного пятна роту китайских автоматчиков.

Кстати, недаром орбита подобрана так, что спутник появляется над приемными станциями только ночью, причем в самое темное время. Из-за малого числа долетающих фотонов такую связь днем использовать невозможно: свет Солнца полностью забивает полезный сигнал. Более того, такой связи мешает даже Луна.

«В нашем эксперименте в зависимости от положения Луны фоновый шум колеблется от 500 до 2000 событий в секунду», – пишут авторы статьи. Согласитесь, по сравнению с одной долетевшей парой информативных фотонов в две секунды величина шумов выглядит угрожающей. Словом, как и во времена старого доброго Средневековья, ученые вновь занялись экспериментами, результаты которых зависят от фаз Луны. Даже у Виктора Франкенштейна технология в этом смысле была более продвинутой.

При этом количество передаваемых спутанных фотонов для увеличения пропускной способности и помехоустойчивости линии нарастить довольно проблематично. Дело здесь не только в мощности лазера, хотя и ее необходимо будет поднять на несколько порядков. Проблема в том, что нужны не просто фотоны, а спутанные фотоны. Для их генерации используется специальный кристалл, который и является наиболее дорогой и сложной частью всей передающей системы. Заставить этот кристалл испускать большее количество запутанных пар – отдельная задача. Причем, как мы уже говорили, при передаче запутанных фотонов нельзя применять усилители из-за теоремы о запрете квантового клонирования.

Теперь поговорим о турбулентности атмосферы и поглощении излучения воздухом. Для минимизации влияния этих факторов приемные станции не просто оборудованы внушительными телескопами, но еще и расположены высоко в китайских горах: одна из них находится на высоте 2028 м, вторая – 3153 м, третья – 3233 м. А поскольку ни в Лондоне, ни в Сингапуре с Мельбурном таких гор нет, то, видимо, их придется насыпать ради такой высокой технологии. Впрочем, против тумана, дождя, снегопада или просто облачности высокогорье не спасет. Получается, что для обеспечения непрерывной связи необходимо будет еще и разгонять облака над горами.

Кстати, полученные со всеми квантовыми предосторожностями ключи со сверкающих телескопами вершин далее все равно придется передавать по обычным линиям связи. То есть надо будет либо перекидывать через ущелья и перевалы охраняемую линию с высокой степенью защиты, либо регулярно посылать в горы вертолет с флешкой. При этом лояльность курьера в геликоптере с помощью квантовой запутанности гарантировать удастся вряд ли, поэтому конечным пользователям, желающим вполне насладиться безопасностью новой технологии, стоит подумать о переезде из загаженных мегаполисов поближе к свежему воздуху и вечным снегам гор.

В целом же вырисовывается следующая картина: китайская квантовая связь в настоящее время работает 5 минут в сутки, только ночью, желательно безлунной и обязательно безоблачной. Эта связь вообще доступна только в случае хорошей погоды одновременно в двух удаленных на тысячи километры районах. При этом пропускная способность линии такова, что передать по ней за 5 минут невозможно почти ничего, и даже для этого «почти» требуется сеть высокогорных обсерваторий с довольно приличными телескопами. А на заключительном этапе передача секретного ключа идет по обычному каналу без квантовой суперзащиты, ради которой все и затевалось. Наконец, связаться одновременно через спутник между собой могут только два абонента. Остальным надо ждать своей очереди, если, конечно, с погодой повезет. В общем, китайский новый год и то чаще бывает. Система из костров на вершинах семи гор, с помощью которой Агамемнон передал Клитемнестре весть о падении Трои, кажется более реалистичной, чем квантовая связь по вышеописанной технологии.

Впрочем, китайцы утверждают, что они пока лишь демонстрируют работоспособность технологии в принципе. В конце концов, для передачи первой телеграммы из 103 слов от королевы Виктории президенту США Бьюкенену по первому трансатлантическому кабелю в 1858 году потребовалось 16 часов. Но, заметим, эта телеграмма все же была передана. Китайский же «телеграф» не способен передать даже одного ключа в сутки. То есть как раз-таки работоспособность технологии продемонстрировать не удалось даже на минимальном уровне.

Расширяя научное сознание

Кроме практических задач, эксперимент преследовал и чисто научные цели. Может, здесь китайцам удалось добиться каких-то выдающихся результатов?

Авторы статьи рапортуют: «Мы провели 1167 проверок выполнения неравенства Белла в течение 1059 с. Результат вновь подтвердил нелокальность запутанности и исключил модели реальности, основанные на понятиях локальности и реализма на прежде недоступном расстоянии в масштабах тысяч километров».

Комментарий nix.ru

Китайские авторы утверждают, что внесли вклад в науку, подтвердив нарушение принципа локальности на расстояниях, превышающих тысячу километров. Но с учетом того, что неравенство Белла в принципе было проверено еще в 1972 году, что качественно нового дал этот 100-миллионный эксперимент науке?

В лабораторных условиях поверки неравенства Белла проводились неоднократно на расстояниях до 10 м. В 1997 году группа Николя Жизана в Швейцарии проверила этот эффект на дистанции 10 км. Антон Цайлингер в 2008 году установил новый рубеж – 144 км. Китайские ученые показали тот же результат на расстоянии 1203 км. Ну и что?

К примеру, в свое время возник вопрос об эквивалентности гравитационной и инерционной масс. Впервые с точностью до 10-3 это соответствие проверил еще Исаак Ньютон. В 1901 году его до 10-9 уточнил Лоранд Этвеш, после чего Альберт Эйнштейн посчитал вопрос закрытым. Однако работы по уточнению тождества продолжались. Владимир Брагинский в 1971 году проверил это равенство с точностью до 10-12. Сегодня оно уточнено до 10-13, в том числе с использованием космических средств. И это имеет смысл делать. Ведь между 10-13 и 0 – принципиальная разница и огромная дистанция, в которой умещается несколько гипотез об устройстве мироздания, поэтому каждый новый порядок уточнения здесь научно значим. В китайском же эксперименте не уточнялось ровным счетом ничего.

Парадокс истории: изобретатели пороха, бумаги, денег, шелка, фарфора, книгопечатания, зонтика и оптики за последнюю 1000 лет не дали мировой науке и технике вообще ничего нового, что и стало причиной того состояния, в которое к началу XX века впала 5000-летния цивилизация, до промышленной революции в Англии производившая чуть ли не половину материальных ценностей на этой планете. Современный Китай постепенно восстанавливает экономическое статус-кво, но исключительно за счет прилежного копирования и масштабного воспроизводства достижений человечества, будь то компьютеры, автомобили, космические корабли или коммунизм с капитализмом.

Однако придумать что-то свое по странному капризу природы несчастные китайцы по-прежнему не в состоянии. К примеру, они очень хорошо скопировали советский истребитель Су-27 и зенитно-ракетный комплекс С-300, но за 25 лет продвинуться дальше, несмотря на гигантские траты, все равно не смогли, и теперь вынуждены покупать у России Су-35 и С-400 для создания очередных копий. Долго ли будет продолжаться подобное творческое бесплодие – неизвестно, но пока дело обстоит именно так, и проект Micius – тому лишнее подтверждение.

Стоило ли тратить 100 миллионов на перепроверку уже почти полвека назад проверенного закона природы и демонстрацию технологии, которую практически использовать совершенно невозможно? Предоставляем нашим читателям право самим судить об этом, как и о смысле того факта, что 34 китайца сделали то, за что не взялась хотя бы пара американцев: то ли передний край науки в самом деле постепенно перемещается в Китай, то ли американцы знают более интересные способы потратить 100 млн.

Кстати, среди интересных способов пустить науку в расход в последнее время все чаще упоминается квантовая телепортация. Разумеется, в китайской «расходной» статье она также присутствует в качестве одного из вариантов использования новой технологии. Термин вошел в моду, при этом миллионы людей даже не понимают, что квантовая телепортация к тому, что они себе воображают, слыша эти слова, имеет такое же отношение, как морская свинка к свинье, купающейся в море. На самом деле посредством так называемой квантовой телепортации невозможно телепортировать даже труп, над которым потешались любознательные чекисты в эпиграфе к этой статье. Впрочем, вряд ли это помешает тратить новые миллионы на эффектные, хотя и дефектные словосочетания. Технология нехитрая: если между словами и смыслом нет связи, достаточно назвать ее квантовой, и она тут же заработает. Однако в результате такого подхода, как мы видим на примере рассматриваемого китайского эксперимента, можно получить только труп.

Источник: НИКС - Компьютерный Супермаркет

подписаться   |   обсудить в ВК   |   

Комментарии к статье из сети в Вконтакте


открыть страницу обсуждения



RedApe
Здравствуйте, rustler, Вы писали:

R>Однако придумать что-то свое по странному капризу природы несчастные китайцы по-прежнему не в состоянии.

Что это за потоки ненависти к китайцам?
30-11-2017 09:55   ответить     перенести в VK
alexsmirnoff
Здравствуйте, RedApe, Вы писали:

RA>Что это за потоки ненависти к китайцам?

...что качественно нового дал этот 100-миллионный эксперимент...
Стоило ли тратить 100 миллионов...
...американцы знают более интересные способы потратить 100 млн...

Похоже, автору статьи не дают покоя 100 миллионов.
У него, видимо, были какие-то идеи, куда китайцы должны были их потратить. :xz:
30-11-2017 11:06   ответить     перенести в VK
Stanislaw K
Здравствуйте, rustler, Вы писали:

R>16 июня 2017 года в журнале Science появилась статья группы китайских товарищей с первыми результатами работы научно-исследовательского спутника Micius. Запущенный 16 августа 2016 года космический аппарат обошелся КНР в 100 млн евро (по 150 тысяч за каждый из 640 кг его массы, что в 4 раза дороже золота). Он был назван в честь китайского философа V-IV века до н.э. Мо-цзы (в европейской традиции – Micius), который впервые описал камеру-обскуру, то есть стал первым в мире оптиком.

Сдается мне, что спутник этот выполняет в первую очередь [i]какие то [u]другие[/u] функции[/i], а квантовая связь там как третьестепенная задача. Так, чтобы свободное место не пропадало. Как очень удобное оправдание того, зачем мощная оптика повернута к [s]плоскости[/s] поверхности земли.
30-11-2017 11:37   ответить     перенести в VK
white_znake
Здравствуйте, rustler, Вы писали:



R>Парадокс истории: изобретатели пороха, бумаги, денег, шелка, фарфора, книгопечатания, зонтика и оптики за последнюю 1000 лет не дали мировой науке и технике вообще ничего нового, что и стало причиной того состояния, в которое к началу XX века впала 5000-летния цивилизация, до промышленной революции в Англии производившая чуть ли не половину материальных ценностей на этой планете. Современный Китай постепенно восстанавливает экономическое статус-кво, но исключительно за счет прилежного копирования и масштабного воспроизводства достижений человечества, будь то компьютеры, автомобили, космические корабли или коммунизм с капитализмом.

R>Однако придумать что-то свое по странному капризу природы несчастные китайцы по-прежнему не в состоянии. К примеру, они очень хорошо скопировали советский истребитель Су-27 и зенитно-ракетный комплекс С-300, но за 25 лет продвинуться дальше, несмотря на гигантские траты, все равно не смогли, и теперь вынуждены покупать у России Су-35 и С-400 для создания очередных копий. Долго ли будет продолжаться подобное творческое бесплодие – неизвестно, но пока дело обстоит именно так, и проект Micius – тому лишнее подтверждение.

А ты посмотри на студентов в Гарварде, МИТ, китайцев до фига. Да что там студентов, уже много китайских проподавателей в американских учебных заведениях. У китайцев очень большая утечка мозгов.

R>Стоило ли тратить 100 миллионов на перепроверку уже почти полвека назад проверенного закона природы и демонстрацию технологии, которую практически использовать совершенно невозможно? Предоставляем нашим читателям право самим судить об этом, как и о смысле того факта, что 34 китайца сделали то, за что не взялась хотя бы пара американцев: то ли передний край науки в самом деле постепенно перемещается в Китай, то ли американцы знают более интересные способы потратить 100 млн.


В науке не так все просто, ты же знаешь что многие открытия и изобретения были сделаны случайно, хотели провести один эксперимент, а он привел к неожиданным результатам и открытиям ;)
30-11-2017 11:38   ответить     перенести в VK
Webspace
Здравствуйте, rustler, Вы писали:

Какой смысл критиковать пруф оф консепт? Первые самолеты, телефоны и ракеты не были намного эффективнее. А под шумок, я уверен, китайцы умыкнули не одну полезную технологию.
30-11-2017 14:51   ответить     перенести в VK