Pirmą kartą mokslo istorijoje pavyko pasiekti kvantinį informacijos teleportavimą: tai naujas proveržis kuriant kvantinę komunikaciją ir kvantinį skaičiavimą

Prognozuojama, kad informacijos apdorojimo technologijų, pagrįstų kvantinės fizikos dėsniais, raida smarkiai paveiks dabartinę visuomenę.

Pavyzdžiui, kvantiniai kompiuteriai galėtų išspręsti problemas, kurios pernelyg sudėtingos net galingiausiems dabartiniams superkompiuteriams, o kvantinis internetas galėtų apsaugoti pasaulio informaciją nuo piktavalių atakų.

Tačiau šios technologijos remiasi „kvantine informacija, kuri įprastai būna koduojama viena, itin sunkiai kontroliuojama ir išmatuojama kvantine dalele.

Bristolio universiteto ir Danijos technikos universiteto (DTU) mokslininkai sukūrė lusto mastelio prietaisus, kuriuos programuojamame nanomastelio grandyne kuriamais ir manipuliuojamais fotonais galima išnaudoti kvantinės fizikos galimybes.

Šiais lustais galima užkoduoti kvantinę informaciją grandyne generuojamoje šviesoje ir „kvantinę informaciją“ apdoroti itin efektyviai ir labai žemu triukšmų lygiu. Ši demonstracija gali smarkiai paskatinti sudėtingesnių, būtinų kvantiniams skaičiavimams ir komunikacijai, kvantinių grandynų kūrimą.

Jų darbe, publikuotame Nature Physics žurnale, ir su kuriuo nemokamai galima susipažinti arXiv išankstinių publikacijų serveryje, aprašoma daug kvantinių savybių demonstracijų.

Viename tokių eksperimentų Bristolio kvantinės inžinerijos technologijų laboratorijos (Quantum Engineering Technology Labs – QET Labs) tyrėjai pirmą kartą demonstravo kvantinį informacijos teleportavimą tarp dviejų programuojamų lustų, kas, kaip jie pažymi yra kvantinės komunikacijos ir kvantinio skaičiavimo kertinis akmuo.

Atliekant kvantinę teleportaciją, kvantinės dalelės kvantinė būsena iš vienos vietos į kitą perduodama, naudojant susietumą. Teleportacija naudinga ne tik kvantinei komunikacijai, bet ir yra fundamentalus optinio kvantinio skaičiavimo elementas. Tačiau susietumo komunikacijos užmezgimas tarp dviejų lustų laboratorijoje – labai nepaprasta užduotis.

Straipsnio bendraautorius iš Bristolio Dan Llewellyn sakė: „Laboratorijoje sugebėjome pademonstruoti aukštos kokybės susietumą tarp dviejų lustų, kuriuose fotonai buvo vienos kvantinės būsenos.“

„Tada lustai buvo užprogramuoti atlikti įvairius veiksmus, kuriuose tas susietumas buvo išnaudojamas.“

„Svarbiausia demonstracija buvo diejų lustų teleportavimo eksperimentas, kuriame dalelės individuali kvantinė būsena, atlikus kvantinius matavimus, perduodama per du lustus. Šiame matavime panaudojamas kvantų fizikos keistumas, kuris tuo pačiu metu kolapsuoja susietumo ryšį ir perduoda dalelės būseną kitai, imtuve jau esančiai, dalelei.“

Kitas bendraautorius iš Bristolio, Dr. Imad Faruque, pridūrė: „Remdamiesi ankstesniais rezultatais iš lusto aukštos kokybės atskiro fotono šaltinio, sukūrėme dar sudėtingesnį grandyną, kuriame yra jau keturi šaltiniai.

„Visi šie šaltiniai yra išbandyti ir yra žinoma, kad jie praktiškai identiškai skleidžia iš esmės identiškus fotonus, o tai yra esminis mūsų atliktų eksperimentų, tokių, kaip susietumo apsikeitimas, kriterijus.“

Rezultatai parodė itin aukštos kokybės, 91 procento, kvantinę teleportaciąj. Be to, tyrėjai sugebėjo pademonstruoti ir kai kurias kitas svarbias savo dizaino funkcijas, tokias, kaip susietumo apsikeitimas (būtinas kvantiniuose kartotuvuose ir kvantiniuose tinkluose) ir keturių fotonų GHZ būsenas* (būtinas kvantiniams skaičiavimams ir kvantiniam internetui).

Pasak bendraautoriaus iš DTU, Dr. Yunhong Ding, maži nuostoliai, didelis stabilumas ir puiki kontrolė yra itin svarbūs integruotai kvantinei fotonikai. Jis sakė: „Šį eksperimentą buvo įmanoma atlikti, tik naudojant pažangiausias mažų nuostolių silicio fotonikos technologiją, paremtą aukštos kokybės DTU gamyba.“

Pagrindinis autorius, Dr. Jianwei Wang, dabar dirbantis Pekino universitete, sakė: „Ateityje kvantinių fotoninių prietaisų ir klasikinės elektronikos integravimas atvers duris lustinei, su CMOS suderinamai kvantinei komunikacijai ir informacijos apdorojimo tinklams.“

phys.org

* Greenberger–Horne–Zeilinger būsena.