Нещодавно фізикам вдалася телепортація тривимірного стану суперпозиції. При цьому схрещені фотони перенесли інформацію про зразу три сплетені стани – вперше. Замість того, щоб переносити лише 0 та 1, як це робить класичний кубіт, «кутріт» транспортує стани 0, 1 та 2. Ця багатовимірна телепортація могла б в майбутньому зробити потужнішими квантові мережі та квантові комп’ютери.
Зображення: R. Zhou/USTC.
Ми ще далекі від «телепортації», описаної в науковій фантастиці, проте в світі квантів телепортація вже можлива. Явище сплутаних квантових станів призводить до того, що всяка зміна стану частинки спричиняє таку ж зміну в частинках, з нею сплутаних, – миттєво та незалежно від того, на якій відстані одне від одного вони перебувають. Науковці вже застосовували таку квантову телепортацію в скловолоконній мережі та на відстані 100 кілометрів.
Проте дотепер було одне обмеження: «Всі телепортаційні експерименти зводилися до двовимірного прояву багатьох станів квантової системи», – пояснили Ї-Гань Луо (Yi-Han Luo) та його колеги з Університету науки й технологій у китайському Хефей. При цьому переносили лише 0 або 1 кубіта – хоч квантова фізика уможливлює суперпозицію значно більшої кількості станів.
Багатовимірна квантова телепортація теоретично можлива і вже з 90-их рр. ХХ століття була відомою. «Але фактична її реалізація в лабораторії і необхідна для цього технологія стали доступними тільки зараз», – пояснив співавтор Мануель Ергард (Manuel Erhard) з Інституту квантової оптики та квантової інформації в Відні. Так ученим вдалося вперше зняти обмеження двох вимірів.
У своєму експерименті фізики створювали пари фотонів – один перебував при відправникові (Еліс), а другий – в отримувача (Боба). Потім в гру вступав допоміжний фотон, в якому накладалися три просторові позиції. Цей фотон міг потрапити до цілі через три скловолокна. Але з огляду на суперпозицію до моменту вимірювання він теоретично перебував у всіх одночасно. Цей допоміжний фотон передавав інформацію суперпозиції першому з двох сплутаних фотонів. Тож його фотон-партнер, що перебував у Боба, автоматично прийняв цю інформацію. Тобто фотонні пари «телепортували» не лише інформацію про два можливі стани, як у випадку зі звичайними кубітами, вони були «кутрітами» з трьома сплутаними квантовими станами.
Науковці констатують: так вперше вдалося продемонструвати телепортацію кутріту. Перенесення таких трирівневих станів відкриває можливість телепортувати складні, багатовимірні квантові стани. Для квантових мереж і квантових комп’ютерів це означає, що в майбутньому замість кубітів можна буде використовувати та передавати також кутріти або навіть більші одиниці інформації.
«Ці результати можуть допомогти зв’язувати між собою кілька квантових комп’ютерів із загалом більшим обсягом інформації, ніж дає змогу кубіт», – сказав співавтор Антон Цайлінгер (Anton Zeilinger) з Віденського університету. Позаяк частинка може мати інші стани, крім 0 та 1, кількість інформації, яку можна переносити під час телепортації, зростає.
Nadja Podbregar
Erste Quanten-Teleportation in 3D
American Physical Society (APS), Österreichische Akademie der Wissenschaften, 20/08/2019
Yi-Han Luo, Han-Sen Zhong, Manuel Erhard, Xi-Lin Wang, Li-Chao Peng, Mario Krenn, Xiao Jiang, Li Li, Nai-Le Liu, Chao-Yang Lu, Anton Zeilinger, and Jian-Wei Pan,
Quantum teleportation in high dimensions
Physical Review Letters, 2019
Зреферувала С. К.
23.08.2019