Появились доказательства того, что, используя всего один фотон, или частицу света, двое людей могут одновременно передавать информацию друг другу.

Это возможно благодаря особенной черте квантовой механики — принципу суперпозиции, согласно которому частицы могут находиться в двух разных местах одновременно. Передача информации при помощи квантовых частиц — популярная тема для исследований, и в двух новых статьях на эту тему открывают неизвестный до сего момента аспект этой техники. В первой из них содержится теоретическое объяснение того, как при помощи всего одной частицы можно осуществить двустороннюю коммуникацию, а во второй описывается демонстрация этой процедуры.

Для понимания теории этого процесса представим, что двое людей — Алиса и Боб — расположены на некотором расстоянии друг от друга. Согласно законам классической физики, для одновременной коммуникации у каждого из них должен быть свой фотон, переносящий один бит информации (значение 0 или 1). Однако если у них есть фотон, находящийся в суперпозиции — одновременно расположенный около Алисы и около Боба, — оба могут изменить фотон так, чтобы он принял значение 0 или 1, и затем переслать друг другу. То, как каждый из них изменит фотон, будет определять, у кого из них фотон окажется в итоге. Если они оба придадут фотону одинаковое значение, то фотон окажется у Алисы. Если их значения не будут совпадать, то у Боба. Так как Алиса знает, 0 или 1 она послала, она тут же узнает, какое значение послал Боб, и наоборот.

В ходе эксперимента ученые посылали отдельные фотоны через различные оптические установки. Подготовленный таким образом фотон оказывался в суперпозиции, оказываясь одновременно на двух станциях, которые символически обозначали Алису и Боба. Меняя фазу электромагнитной волны света, исследователи придавали фотону значение 1 или 0, и в результате, как и описано в теории, частица оказывалась на одной из станций.

Значение этого эксперимента состоит в том, что между участниками происходит надежно защищенная от взлома коммуникация, в процессе которой и передаваемая информация и даже направление связи остаются приватными. Овладение этой техникой способствует развитию новых квантовых коммуникационных систем, которые одновременно надежны и эффективны с точки зрения ресурсопотребления.