Десятилетия назад ученые предположили, что странные и захватывающие свойства квантовой физики однажды позволят найти множество полезных применений. Сегодня мы, вероятно, вступили в новую эпоху, подтвердив некоторые из этих теорий и применив квантовую физику в ранее маловероятных областях, таких как информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). Эти прорывы стали возможны благодаря концепции квантовой запутанности и передаче квантового состояния от одной частицы к другой (квантовая телепортация). Недавно физики-теоретики из Эдинбургского университета показали, что сигналы внеземной квантовой связи могут достигать Земли практически из любого места. Это объясняется тем, что свойства квантовых частиц позволяют им преодолевать межзвездные расстояния практически в целости и сохранности.
Квантовые частицы, такие как фотоны, обладают так называемыми свойствами «запутанности», которые позволяют им связываться друг с другом «бесшовно», даже на больших расстояниях. Если один из них перехватывается и изменяет свое квантовое состояние, это немедленно отражается на другом. Эта способность к «связи на расстоянии» позволила применить квантовую физику к вычислениям, поскольку эти частицы смогут сохранять свою квантовую природу и переносить информацию даже на большие расстояния.
Таким образом, любой перехват между двумя частицами будет непосредственно обнаружен. Предыдущие исследования показали, что эта характеристика может быть использована, например, для защиты криптографических ключей. В последнем случае частицы-близнецы обнаружат любого нарушителя, пытающегося перехватить фотоны, поскольку это разрушит запутанность и сообщит об этом передатчику и приемнику.
Пределы квантовой связи, первоначально испытанные на волоконно-оптических системах на Земле, теперь изучаются с помощью орбитальных спутников, в частности, в рамках китайской миссии «Квантовые эксперименты в космических масштабах» (QUESS), которая была запущена в 2011 году и стала одной из первых в своем роде.
В новом исследовании, описанном в журнале , ученые из Эдинбургского университета предполагают, что фотоны могут путешествовать через межзвездное пространство без потери своих квантовых свойств. Если где-то в дальних уголках Вселенной существует разумная и развитая инопланетная цивилизация, то с ней можно установить контакт, отправляя сообщения с помощью квантовой связи.
Согласно результатам нового исследования, рентгеновские фотоны способны преодолевать пространство на сотни тысяч световых лет и более. Эти фотоны могут быть произведены звездам, прежде чем достигнут Земли.
Ученые уже работают над стратегиями обнаружения возможных внеземных квантовых сигналов, но есть одно препятствие, которое может помешать этой форме коммуникации. Частица может подвергнуться «декогеренции», потеряв свои квантовые свойства при взаимодействии с окружающей средой. «Квантовые состояния обычно считаются очень хрупкими, потому что если существует какое-то внешнее взаимодействие, вы можете разрушить это состояние«, — объясняет Арджун Берера, ведущий автор исследования и научный сотрудник Эдинбургского университета.
Однако средняя плотность материи в «вакууме» космоса снизит этот риск, поскольку она намного ниже, чем на Земле. По словам эксперта, фотоны могут преодолевать миллиарды километров, прежде чем подвергнуться декогеренции.
Однако важно отметить, что даже если ученым удастся обнаружить возможные внеземные квантовые сигналы, их все равно придется расшифровать, чтобы узнать содержание сообщения. Другие исследования предполагают, что свет, проходящий через пространство-время (которое может быть сильно искажено вблизи массивных звезд, таких как черные дыры), состоит из квантовой информации, которая должна быть расшифрована современными квантовыми компьютерами.
Пока это только гипотеза, но согласно этим исследованиям, квантовые компьютеры могли бы декодировать квантовую информацию и расположить ее в правильной последовательности, чтобы ее можно было интерпретировать.