Метод кодування інформації за допомогою фотонів – квантів світла – може бути використаний при створенні найсучаснішої цифрової техніки, зокрема надпотужних квантових комп’ютерів. Команда вчених під керівництвом Лоренцо Маруччі з Неапольського університету ім. Фредеріка ІІ та Фабіо Ск’яріно з Римського університету ла Сапіенца відкрила спосіб, як зробити цей процес ефективнішим, об’єднавши інформацію зразу двох фотонів в одному.
Технологія об’єднання кількох інформаційних потоків в один, до речі, вже використовується в оптоволоконних передавачах. Цифрові дані закодовують у світлові імпульси з різною довжиною хвилі, надсилають оптоволоконним кабелем та розділяють на зворотному його кінці.
Подібну технологію можна використовувати і при квантовій передачі даних. Її суть полягає у об’єднанні даних двох квантових бітів – кубітів – в один. Квантовий принцип суперпозиції дає змогу замінити два кубіти, що представлені фотонами в стані поляризації та кожен з яких є носієм бінарного значення (1 або 0), одним фотоном, що може перебувати у двох різних станах одночасно. Проте, оскільки фотони не взаємодіють один з одним, об’єднання інформації двох фотонів в одному досі було великим викликом для вчених.
Цю проблему, власне, і вдалося вирішити Лоренцо Маруччі та Фабіо Ск’яріно. Вчені застосували так званий «логічний вентиль» – елемент цифрової системи, що перетворює вхідні логічні дані у вихідний двійковий сигнал. При цьому у пригоді їм став один з його різновидів, званий Не-Інвертором, на вході та виході якого перебувають по два біти. Один біт, що називається контрольним, Не-Інвертор залишає незмінним, а другому, який носить назву "біта-мішені", надає протилежного значення.
Об'єднання двох фотонів в один за допомогою Не-Інвертора
Дослідники поєднали два Не-Інвертори, сконструйовані за принципом дзеркал, що здійснюють дисперсію світлового променя, відбиваючи хвилі однієї довжини та пропускаючи іншої. Взявши поляризовані фотони як контрольні біти та біти-мішені, вчені отримали вихідні фотони, які містили інформацію про усі вхідні світлові кванти. Цей процес вони назвали «квантовим об’єднанням».
Провівши його у зворотний бік, дослідникам вдалось розщепити фотон, в якому попередньо були закодовані два. Цей процес, в свою чергу, отримав назву «квантового роз’єднання», і він тотожний розділенню світлових імпульсів на зворотному кінці оптоволоконного кабелю.
В квантовій механіці вихідний стан системи неможливо точно визначити за вхідним (це вдається лише з певним відсотком ймовірності). Проте дослідники експериментально доказали, що одержані вихідні з надзвичайною точністю співпадають з їхніми прогнозами.
На думку Яна Вемслі, спеціаліста з квантової оптики Оксфордського університету (Сполучене Королівство), експеримент Фаруччі та Ск’яріно може стати вагомим внеском у квантову теорію та створення квантового комп’ютера.
10.05.2013