Явление квантовой телепортации — передачи квантовой информации (например, направления спина частицы или поляризации фотона) на расстояние от одного носителя другому — уже наблюдалось в случае двух фотонов, фотонов и группы атомов, а также двух атомов, посредником между которыми служил третий. Однако ни один из предложенных способов не годился для практического использования.

Схема экспериментальной установки (изображение с сайта Umd.Edu)

Наиболее реалистичной и легко реализуемой на этом фоне выглядит схема, предложенная специалистами из Университета Мэриленда (США). Ученым удалось осуществить перемещение квантовой информации между двумя атомами, расположенными в метре друг от друга, причем показатель надежности доставки превысил 90 процентов. «На основе нашей системы можно сконструировать крупномасштабный «квантовый повторитель», который будет использоваться для передачи информации на большие расстояния», — представляет новую разработку Кристофер Монро (Christopher Monroe), возглавивший исследования.

Физическую реализуемость квантовой телепортации обеспечивает свойство квантовой запутанности, выражающееся в том, что состояния (а следовательно, и некоторые физические свойства) двух связанных объектов — даже разнесенных в пространстве — оказываются взаимозависимыми. В эксперименте американских ученых связанными оказались два иона иттербия, помещенные в вакуумные ловушки и окруженные металлическими электродами (см. рисунок). Непосредственно перед проведением опыта исследователи определили два основных состояния ионов, которые использовались в качестве элементов хранения квантовой информации — кубитов.

В начале эксперимента ионы (назовем их А и Б) находились в одном из основных состояний. Затем на ион А направлялось микроволновое излучение, испускаемое одним из электродов; в результате кубит оказывался в некоторой суперпозиции своих собственных состояний (происходила запись информации для передачи). Сразу после этого оба иона возбуждались лазерным импульсом пикосекундной длительности. Возврат в одно из основных состояний — «значений» кубита — проходил с испусканием фотонов, «цвет» которых (красный или синий), соответствовавший разным длинам волн, однозначно определял конкретное значение. Затем фотоны с помощью линз направлялись по оптоволоконному кабелю к светоделительному элементу; при попадании на него каждая частица могла либо отразиться, либо пройти напрямую (вероятности этих событий одинаковы). По обеим сторонам светоделителя располагались детекторы.

До попадания на светоделитель каждый из фотонов находился в неизвестной суперпозиции состояний, однако в детекторе могли быть зарегистрированы уже только четыре различных вида частиц, соответствующих цветовым комбинациям «синий-синий», «синий-красный», «красный-синий» и «красный-красный», и лишь в одном из указанных вариантов фотоны одновременно достигают обоих детекторов. В этом случае определить, какому иону «принадлежит» данный квант света, становится невозможно (не хватает информации о том, отразился фотон от светоделителя или прошел насквозь). Такая неопределенность и сигнализирует, что квантовые состояния ионов оказались связаны.

Достигнув этого результата, ученые определили состояние иона А. В полном соответствии с законами квантовой механики, измерение вывело его из суперпозиции в некоторое определенное состояние, причем ион Б при этом принял противоположное «значение». Зная выходное состояние кубита А, исследователи установили параметры микроволнового импульса, при воздействии которым на кубит Б из него извлекалась информация, записанная на первой стадии эксперимента. На этом процесс телепортации завершился.

Заметим, что исходное состояние иона А в процессе передачи разрушается; именно это отличает данную технологию от копирования и позволяет применять термин «телепортация».

Полная версия отчета ученых опубликована в текущем выпуске журнала Science.

Подготовлено по материалам Science Daily.

 Ген Bax, как давно выяснили ученые, играет ключевую роль при запуске механизма апоптоза — программируемой клеточной смерти. Накопленные данные свидетельствовали о том, что этот ген кодирует несколько протеинов, однако до недавних пор исследователям был известен только один из них — Baxα. Ситуация изменилась с публикацией статьи в журнале Molecular Cell, авторы которой — группа специалистов из Института молекулярной и клеточной биологии (Сингапур) — сообщают об успешной идентификации второго протеина, Baxβ.

Протеины Baxα и Baxβ в раковых клетках. Два первых изображения получены с использованием разных флуоресцентных меток; справа показан совмещенный вариант (иллюстрация из журнала Molecular Cell).

Исследователи довольно подробно объясняют, почему Baxβ так долго ускользал от взглядов ученых. «Полученные нами результаты указывают на то, что зарегистрировать этот протеин в здоровых клетках практически невозможно: сказывается влияние протеасом», — говорит научный руководитель группы Виктор Юй (Victor Yu). Напомним, что протеасомы разрушают различные протеины и тем самым ограничивают их уровни. «Вот это и есть самое интересное, — продолжает г-н Юй. — Если нам удастся затормозить процесс угнетения активности Baxβ в раковых клетках, они, вероятно, погибнут». Исследователям также удалось установить, что эффективность воздействия Baxβ на механизм апоптоза в 100 раз превышает этот показатель для родственного ему Baxα, причем открытый сингапурскими учеными протеин может даже способствовать активации своего собрата.

Ученые возлагают большие надежды на разработку новых химических соединений, которые будут избирательно активировать Baxβ или стимулировать его взаимодействие с Baxα. Такие препараты могут значительно изменить сложившуюся практику лечения раковых заболеваний (в частности, позволят снизить дозы традиционных лекарств, назначаемых при прохождении курса химиотерапии).

Полную версию статьи можно скачать с сайта журнала Molecular Cell.

Подготовлено по материалам Science Daily.