Повторител на заплетени фотони може да ги „телепортира“ на разстояние от 50 км
(снимка: Harald Ritsch/University of Innsbruck)
Изследователи от Австрия създадоха повторител на заплетени квантови състояния и успяха да ги телепортират чрез оптични влакна на разстояние от 50 км, което се счита за голям напредък по пътя към квантовите мрежи.
Ако квантовите компютри следват пътя на развитие на класическите системи, тогава следващата стъпка за тях ще бъде работа в мрежа, включително глобална. За да се заплитат кубитите на един компютър с кубитите на друг, е необходимо прехвърляне на квантови състояния.
Докато на малки разстояния това може да се направи сравнително по-лесно, то предаването на квантови състояния на десетки, стотици и хиляди километри е задача, която изисква специални ретранслатори. Обнадеждаваща разработка в тази посока демонстрираха учени от Австрия.
Проблемът с повторителите на квантови състояния е, че всяко измерване на квантовите характеристики на даден обект води до колапс на всички други състояния. Такава физика значително усложнява квантовото разпределение на ключовете и квантовата криптография.
Допълнителен проблем е фактът, че прехвърлянето на квантови състояния трябва да се реализира в съществуващата кабелно-оптична инфраструктура и да работи както на пасивно, така и на активно оборудване. По-просто казано, фотон, носещ квантово състояние, трябва първо да бъде преобразуван във фотон със стандартна честота за предаването му през оптика, където има различни изисквания за дължини на вълните, и след това трябва да се направи обратната трансформация.
Учени от австрийския университет в Инсбрук успяха да извършат подобен трик. Те сглобиха повторител на заплетени фотони и демонстрираха „телепортация“ на заплитането на разстояние от 50 км. Тук не става въпрос за пренос на информация, която може да бъде дешифрирана по един или друг начин, а за пренос на квантово състояние (обикновено се говори за измерение на спина – ориентацията на магнитния вектор на елементарна частица).
Един от фотоните може да бъде 0, 1 или безкраен брой междинни стойности, но при измерване на неговите характеристики, вторият фотон мигновено показва противоположната стойност на измервания параметър.
Учените са използвали макари с два отделни оптични кабела с дължина 25 км. Повторител с квантова памет свързва тези два сегмента по средата. Квантовата памет под формата на калциеви йони в оптичен капан (резонатор) играе ролята на устройство за съхранение в случай на загуба на фотони по време на предаване, но най-важното – тя е ключов елемент в обмена на заплетени състояния между фотони в един и друг сегмент на оптичното влакно.
Всеки от калциевите йони излъчва фотон. Тези фотони се разпръскват по своите кабели (мрежови сегменти) и в същото време остават заплетени всеки със свой йон. Преди изпращане на фотона към другия край на влакното, той бива преобразуван във фотон с дължина на вълната 1550 нм, така че да отговаря на текущия стандарт в телекомуникациите. След това калциевите йони се заплитат един в друг.
Експериментът показа, че заплитането на йони в ретранслатора води до синхронно заплитане на фотони, или по-просто казано, до мигновено предаване на заплитането по оптичен кабел с дължина 50 км.
След проведените експерименти учените стигат до извода, че е необходимо повторно предаване на квантови състояния на всеки 25 км. Това ще отговори най-добре на изискванията за поддържане на висока производителност и възможно най-малко грешки.
Да телепортираш “състояния” няма никакъв смисъл. Трябва да се измисли начин да се телепортират материални частици.