Група дослідників з Саудівської Аравії і США стверджує, що за допомогою досить складних, але все ж принципово реалізованих оптичних приладів можна обмінюватися інформацією, не передавши між відправником і одержувачем повідомлення жодного фотона.
Робота заснована на концепції безконтактних вимірювань, яку в 1993 році запропонували ізраїльські фізики Авшалом Еліцур і Лев Вайдман. Вона передбачає можливість виявлення об'єкта за допомогою світла, але без фактичного відбиття фотонів. Завдяки корпускулярно-хвильовому дуалізму фотон «дізнається», що об'єкт, який перегороджує один з двох шляхів всередині інтерферометра, може порушити інтерференційну картину в цьому пристрої, хоча безпосередньо в контакт з цим об'єктом фотон не вступає. Дана гіпотеза згодом була підтверджена експериментально і використана для створення квантово-механічного ключа для кодування і декодування секретних повідомлень.
Тепер фізики вирішили з'ясувати, чи можна передавати методом безконтактних змін не тільки ключі, а й самі повідомлення. В основу запропонованого ними пристрою ліг квантовий ефект Зенона - метрологічний парадокс квантової механіки, який говорить, що стан квантової системи залежить від того, чи проводяться над нею будь-які вимірювання. Надто часті спостереження можуть перешкоджати зміні квантового стану системи, постійно повертаючи її до відправної точки. «Якщо невідривно дивитися на чайник, він ніколи не закипить».
У системі, розробленій вченими, використовується серія світлоделителів з високою відбиваючою здатністю. Далі не обійтися без допомоги улюблених персонажів квантових фізиків - Аліси (А) і Боба (Б), - допомагають пояснити пристрій найбільш заплутаних (у тому числі і квантово заплутаних) систем. Отже, Аліса направляє фотон на перший світлоделитель, а у Боба є детектор, який він може включити, щоб виявити фотон. А може і не включати. Поки детектор вимкнений, фотон існує в суперпозиції двох можливих станів: він може як відбитися від світлоделителя, так і пройти крізь нього. Але варто Бобу включити детектор, як фотон змушений визначитися: або відбиватися, або проходити наскрізь.
У точці, де обидва можливі шляхи знову сходяться, розташований другий світлоделитель - а за ним ще один детектор, допоміжний. За допомогою пари дзеркал формуються замкнуті ромбовидні петлі, якими може подорожувати фотон, так чи інакше повертаючись до Аліси. Причому «так» він повертається, коли детектор Боба включений, а «інакше» - коли він вимкнений. Якщо обидва детектори (допоміжний і на боці Боба) працюють, починає діяти ефект Зенона, хвилева функція фотона наполегливо прагне до відбитого стану - і його вловлює перший детектор на боці Аліси. А якщо детектор Боба вимкнений, самоінтерференція фотона підганяє його в бік другого детектора Аліси. Таким чином, Аліса може дізнатися, чи включений детектор Боба, отримавши цю інформацію без фактичного обміну частинками між нею і Бобом.
Втім, існує і ймовірність того, що фотон все-таки потрапить в детектор Боба, порушивши весь хитромудрий задум розробників. Щоб мінімізувати цю ймовірність, вчені збільшили кількість дзеркал у системі (і ромбовидних петель, які повинен пройти фотон). «Ланцюговий ефект Зенона», що має шанс багаторазово втрутитися в поведінку фотона, з більшою ймовірністю дозволяє направити його на один з детекторів Аліси. Граничний випадок - нескінченне число петель у цьому дзеркальному лабіринті - гарантував би 100% -ву надійність системи. Пристрій з 50 первинними і 1000 вторинними петлями забезпечить 95% -ву ймовірність передачі інформації без обміну частинками. Але на сьогоднішньому рівні розвитку технологій дослідникам довелося задовольнятися лабораторною установкою, що працює з 70-80% -вою надійністю.
Ймовірно, коли-небудь подібна система може бути використана для створення безпечних каналів передачі інформації, але про комерційну реалізацію говорити поки рано - занадто висока складність пристрою.
За публікацією Physicsworld, Arxiv