Квантовые сигналы могут обладать рядом преимуществ по сравнению с обычными формами связи, что заставляет ученых задаться вопросом, не было ли человечество единственным, обнаружившим такие преимущества. Теперь новое исследование предполагает, что для гипотетических внеземных цивилизаций квантовая передача с использованием рентгеновских лучей может быть возможна на межзвездные расстояния.
Квантовая связь основана на квантовом явлении, известном как запутанность . По сути, две или более частиц, таких как фотоны, которые «связываются» посредством запутывания, теоретически могут мгновенно влиять друг на друга, независимо от того, насколько далеко они друг от друга.
Запутанность необходима для квантовой телепортации , при которой данные могут исчезнуть в одном месте и снова появиться в другом. Поскольку эта информация не перемещается через промежуточное пространство, нет никаких шансов, что информация будет потеряна.
Чтобы осуществить квантовую телепортацию, нужно сначала запутать два фотона. Затем один из фотонов — тот, который нужно телепортировать, — остается в одном месте, а другой направляется в желаемое место.
Затем анализируется фотон в квантовом состоянии пункта назначения, которое определяет его ключевые характеристики, что также разрушает его квантовое состояние. Запутывание приведет к тому, что фотон назначения окажется идентичным своему партнеру. Во всех смыслах и целях фотон из исходной точки «телепортировался» в конечную точку — никакая физическая материя не перемещалась, но два фотона физически неразличимы.
И чтобы было ясно, квантовая телепортация не может передавать информацию со скоростью, превышающей скорость света, потому что фотон назначения все еще должен быть передан с помощью обычных средств.
Одним из недостатков квантовой связи является то, что запутанность хрупка. Тем не менее, исследователи успешно передавали запутанные фотоны, которые оставались стабильными или достаточно « когерентными » для квантовой телепортации на расстояния до 1400 километров . Такие открытия заставили физика-теоретика Арджуна Береру из Эдинбургского университета задуматься о том, как долго квантовые сигналы могут оставаться когерентными. Сначала он обнаружил, что квантовая когерентность может сохраняться на межзвездных расстояниях в пределах нашей галактики , а затем он и его коллеги обнаружили, что квантовая когерентность может сохраняться на межгалактических расстояниях .
«Если фотоны в земной атмосфере не декогерентны до 100 км, то в межзвездном пространстве, где среда намного менее плотная, чем наша атмосфера, фотоны не декогерентны даже до размера галактики», — говорит Берера.
В новом исследовании исследователи изучили, сможет ли и насколько хорошо квантовая связь выжить на межзвездных расстояниях. Они отмечают, что квантовые сигналы могут столкнуться с нарушением ряда факторов, таких как гравитационное притяжение межзвездных тел.
Ученые обнаружили, что лучшими квантовыми каналами связи для межзвездных сообщений являются рентгеновские лучи. Такие частоты легче сфокусировать и обнаружить на межзвездных расстояниях. (НАСА проверило связь в дальнем космосе с помощью рентгеновского излучения в своем эксперименте XCOM .) Исследователи также обнаружили, что оптический и микроволновый диапазоны также могут обеспечивать связь на больших расстояниях, хотя и менее эффективно, чем рентгеновские лучи.
Хотя когерентность может сохраняться на межзвездных расстояниях, Берера отмечает, что квантовые сигналы могут терять точность. «Это означает, что квантовое состояние поддерживается, но может иметь фазовый сдвиг, поэтому, хотя квантовая информация сохраняется в этих состояниях, она была изменена под действием гравитации». Следовательно, может «потребоваться некоторая работа на принимающей стороне, чтобы учесть эти фазовые сдвиги и иметь возможность оценить информацию, содержащуюся в исходном состоянии».
Почему межзвездная цивилизация может передавать квантовые сигналы, а не обычные? Исследователи отмечают, что квантовая связь может обеспечивать большее сжатие данных и, в некоторых случаях, экспоненциально более высокие скорости, чем классические каналы. Такое повышение эффективности может оказаться очень полезным для цивилизаций, разделенных межзвездными расстояниями.
«Возможно, квантовая связь является основным способом связи во внеземном мире, поэтому они просто используют то, что под рукой, для отправки сигналов в космос», — говорит Берера.
