В журнале Science от 23 января ученые заявили, что используя их протокол, информация, телепортированная из атома в атом, может быть восстановлена с 90% точностью, и при том точность может быть улучшена.

Монро утверждает: “У нашей системы есть все шансы составить основу для крупномасштабного “квантового репитера”, который сможет объединить в сеть данные, находящиеся в разных местах. Кроме того, использование наших методов совместно с операциями над квантовыми битами может помочь в создании ключевого компонента, необходимого для квантовых вычислений”.

Телепортация и путаница

Телепортация происходит благодаря удивительному квантовому феномену, называемому путаницей, который возможен только на атомном и субатомном уровнях.

Группа ученых Объединенного института квантовой физики провела опыт, целью которого было создание запутанных квантовых состояний двух ионов иттербия так, чтобы информация объединилась, и стала возможна телепортация одного иона в другой. Каждый ион был изолирован в отдельной вакуумной ловушке, заключен в невидимую клетку из электромагнитных полей и окружен металлическими электродами.

Исследователи определили два основных состояния ионов, которые послужили бы альтернативными значениями “бита” атомического квантового бита, или кубита.

Условные электронные биты, как в персональном компьютере, всегда находятся в одном из двух состояний: выкл. или вкл., 0 или 1, высокое или низкое напряжение и т.д. Однако квантовые биты могут находиться в позиции, называемой также “суперпозицей”, представляющей собой своего рода комбинацию этих двух состояний.

Процесс инициируется лазерным импульсом



В начале эксперимента оба иона (обозначены A и B) устанавливаются в имеющемся основном состоянии.

Затем под действием специальной микроволны, излучаемой одним из электродов клетки, в которой содержится ион A, он переходит в суперпозицию.

Сразу после этого на оба иона воздействует пикосекундный (одна триллионная доля секунды) лазерный пульс. Продолжительность импульса так мала, что каждый ион успевает выделить только один фотон, затем он теряет энергию, полученную от лазера и снова принимает одно из двух основных состояний кубита.

В зависимости от того, какое из состояний ион принимает, он выделяет один из двух видов фотонов с различной длиной волны (отмечены красным и синим).

Поступление на светоделитель

Каждый выделенный фотон направляется к светоделителю 50/50, где он либо проходит через сплиттер, либо отражается. На одной из сторон светоделителя также находятся датчики, фиксирующие поступление фотона.

Каждый фотон до того, как он достигает светоделителя, находится в неизвестной суперпозиции состояний. Однако после прохождения светоделителя приобретает особые характеристики.

По законам квантовой механики, из-за этой неизвестности ионы получают запутанное состояние. Это означает, что каждый ион находится в суперпозиции двух возможных состояний кубита.

Телепортация или другой вид передачи информации

Информация физически не переходит от одного иона А к иону В, а вместо этого исчезает, когда ион А измеряется и снова появляется, когда импульс микроволны воздействует на ион В. Именно данный факт говорит о том, что имеет место телепортация, а никакой-либо другой способ передачи информации.

“Еще одним положительным моментом нашего метода является то, что он сочетает в себе уникальные свойства и фотонов, и атомов”, - говорит Монро. “Фотоны идеально подходят для быстрой передачи информации на большие расстояния, тогда как атомы предоставляют ценную среду для долговременной квантовой памяти … Также телепортация квантовой информации таким способом может создать основу нового типа квантового интернета, который в выполнении определенных задач сможет превзойти любой тип классической сети”.

По мотивам Teleportation Milestone Achieved