Преодоление пути от точки А до точки Б может быть весьма увлекательным приключением, которое может стать куда более важно самого пункта назначения. Однако, чаще всего присутствует желание как можно быстрее преодолеть этот путь. В работах жанра фэнтези и научная фантастика часто встречается технология (или заклинание) для моментального переноса человека из одно место в другое — телепортация. Теоретически, это вполне возможно реализовать, но пока нам до этого еще очень далеко. А вот квантовая телепортация информации стала намного ближе благодаря исследователям из Штутгартского университета (Штутгарт, Германия), которым удалось перенести данные между двумя фотонами из разных квантовых точек. Как именно была осуществлена телепортация данных, что для этого потребовалось, и насколько ближе стала реализация квантового интернета? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

В последние годы были предприняты значительные усилия для реализации амбициозной идеи глобального квантового интернета, который позволил бы безопасно соединять удаленные узлы и взаимодействовать с удаленными квантовыми компьютерами или развернутыми квантовыми датчиками. Основой такой реализации являются квантовая память для хранения и активного извлечения квантовой информации, а также источники квантового света для обеспечения взаимосвязи между различными узлами. В настоящее время исследуется несколько платформ на предмет их роли в будущих квантовых коммуникациях: атомы и ионы, дефектные центры в алмазе, параметрические процессы и полупроводниковые квантовые точки (QD от quantum dot). Благодаря недавним ключевым достижениям, продемонстрировавшим значительное улучшение спиновой когерентности, было показано, что эпитаксиальные квантовые точки обладают большим потенциалом для использования в качестве квантовой памяти в будущих квантовых сетях. Это особенно привлекательно, поскольку они могут эффективно взаимодействовать со светом, генерируемым другими QD, которые известны как эффективные источники одиночных и запутанных фотонов. Недавние исследования также показали возможность полностью фотонных схем с неразличимыми фотонами из квантовых точек в кластерных состояниях как альтернативы, не требующие памяти.

Ключевым ресурсом квантовой коммуникации является квантовая телепортация, идеально реализуемая с помощью фотонов, генерируемых удаленными источниками квантового света. Более ранние исследования с излучателями одиночных QD продемонстрировали их потенциал в экспериментах по телепортации в ближнем инфракрасном (NIR от near infrared) диапазоне длин волн. Для успешной реализации требуются фотоны, способные к квантовой интерференции и имеющие высокую степень запутанности. Более того, источники, работающие по запросу, были бы весьма полезны для масштабирования сложности сети, особенно когда процесс генерации одиночных и запутанных фотонов является детерминированным, а не вероятностным. Также критически важной считается возможность настройки длин волн излучателей к общему целевому значению, что обеспечивает неразличимость фотонов от удаленных источников.

Интерференция двух фотонов, излученных различными QD-источниками в ближнем инфракрасном диапазоне, уже исследовалась, и недавно были достигнуты высокие значения видимости интерференции — 93.0% ± 0.8%. Кроме того, если необходимо обеспечить распространение сигнала на большие расстояния, использование стандартных оптических кварцевых волокон для соединения удаленных узлов весьма выгодно. Действительно, кварцевые волокна уже составляют основу глобальной телекоммуникационной инфраструктуры, где свет на телекоммуникационных длинах волн испытывает минимальные потери при распространении и ограниченную дисперсию волновых пакетов. Для квантового света такие свойства еще более критичны: малые потери уменьшают необходимое число ретрансляторов, а малая дисперсия обеспечивает высокую видимость интерференции для фотонов, распространяющихся по каналам различной длины. Эти преимущества делают квантовый свет на телекоммуникационных длинах волн особенно привлекательным для будущих квантовых коммуникаций.

Несмотря на продолжающиеся разработки в области создания источников квантового света на основе квантовых точек, работающих на телекоммуникационных длинах волн, современные характеристики по-прежнему определяются квантовыми точками, излучающими на длинах волн NIR-диапазона. По этой причине использование преобразования частоты оказалось привлекательным подходом для преодоления этого разрыва длин волн, и было показано, что это эффективный метод точной настройки удаленных источников квантовых точек на ту же длину волны, что позволяет проводить двухфотонную интерференцию. Недавно были продемонстрированы квантовые преобразователи частоты, разработанные для работы со светом квантовых точек и способные сохранять состояние поляризации во время преобразования.

В рассматриваемом нами сегодня труде были использованы эпитаксиально выращенные полупроводниковые квантовые точки GaAs, созданные методом капельного травления, для реализации полностью фотонного эксперимента по квантовой телепортации с применением двух различных полупроводниковых источников триггерного квантового света. Однофотонное состояние, сгенерированное одним источником, было телепортировано на второй, не интерферирующий, запутанный фотон, излучаемый ��торой квантовой точкой, посредством проведения измерения в базисе состояний Белла (BSM от Bell state measurement). Интерференция фотонов была обеспечена использованием двух независимых квантовых преобразователей частоты, сохраняющих поляризацию, что позволило устранить рассогласование длин волн фотонов при полном сохранении высокой степени запутанности.

Благодаря тому, что после преобразования фотоны приобретают телекоммуникационные длины волн, что особенно удобно для экспериментов вне лаборатории, становится возможным их распространение на большие расстояния по стандартным кремниевым оптическим волокнам. Кроме того, динамика фотонной телепортации была детально исследована посредством временно́ разрешенных измерений. Средняя достоверность телепортации, достигающая 0.721 ± 0.033 и значительно превышающая классический предел, однозначно подтверждает успешность телепортации в данной полностью фотонной схеме. Все экспериментальные результаты были подтверждены теоретическим моделированием, которое объясняет поведение каждого наблюдаемого состояния в процессе телепортации и позволяет четко количественно оценить предполагаемые возможности будущих экспериментов.

Результаты исследования

Изображение №1

На 1a представлена общая схема эксперимента. Используются две удаленные квантовые точки: QD1 выполняет функцию источника одиночных фотонов (SPS от single-photon source), излучая Фотон 1. QD2 служит источником запутанных пар (EPS от entangled pair source), излучая запутанную пару — Фотон 2 и Фотон 3. В обоих случаях квантовые точки возбуждаются импульсным двухфотонным возбуждением и генерируют фотоны через каскад биэкситон–экситон (∣XX⟩ → ∣X⟩ → ∣G⟩). Фотоны (XX) биэкситона (Фотон 1 и Фотон 2) после двух различных процессов квантового преобразования частоты (QFC от quantum frequency conversion) направляются в установку BSM, тогда как излучение экситона (X) из QD2 (Фотон 3) анализируется. Совместное измерение BSM проецирует Фотон 1 и Фотон 2 на максимально запутанное белловское состояние, вследствие чего поляризационное состояние Фотона 1 (обозначенное ∣ξ₁⟩) телепортируется на Фотон 3. Принимающая сторона восстанавливает поляризационное состояние Фотона 3 (∣ξ₃⟩) в зависимости от результата измерения BSM.

На 1b приведена подробная схема экспериментальной установки. В ходе эксперимента импульсный лазер (частота повторения 304.8 МГц, период 3.28 нс) когерентно подготавливает состояние XX в двух эпитаксиально выращенных квантовых точках GaAs, созданных методом капельного травления и размещенных в разных криостатах. После возбуждения следует каскадное излучение двух поляризационно запутанных фотонов в ближнем инфракрасном диапазоне (~780 нм). Поляризационное состояние ∣ξ₁⟩ Фотона 1 (подлежащего телепортации) формируется прохождением через поляризационный делитель (PBS от polarizing beamsplitter), а затем через полуволновую (HWP) и четвертьволновую (QWP) пластинки.

Фотон 2 и Фотон 3 разделяют максимально запутанное осциллирующее состояние 1/√2(∣HH⟩_{2, 3} + e^iδ₂^t/ℏ∣VV⟩_{2, 3}), где ∣H⟩ (∣V⟩) обозначает горизонтальную (вертикальную) поляризацию, δ₂ — тонкое расщепление структуры (FSS от fine-structure splitting) источника EPS, t — время между излучением XX и X, а ℏ — редуцированная постоянная Планка. При медленных FSS-индуцированных осцилляциях (в данном случае δ₂ = 2.1 ± 0.3 мкэВ) по сравнению со временем распада излучателя это состояние может быть упрощено до максимально запутанного белловского состояния ∣Φ⁺⟩_{2, 3} = 1/√2(∣HH⟩_{2, 3} + ∣VV⟩_{2, 3}).

Длины волн Фотона 1 и Фотона 2 (~780 нм) не перекрываются спектрально, что исключает интерференцию. Чтобы обеспечить двухфотонную интерференцию, необходимую для успешного BSM, используется сохраняющее поляризацию квантовое преобразование частоты (1b). Этот процесс преобразует XX-фотоны (Фотон 1 и Фотон 2) к общей телекоммуникационной длине волн�� (1515 нм, 2a), не изменяя их квантового состояния. Появление телекоммуникационной длины волны также открывает путь к перспективным экспериментам по телепортации на большие расстояния. После интерференции трехфотонное состояние может быть записано в базисе Белла: ∣Ψ_tot⟩ = ∣ξ⟩₁ ⊗ ∣Φ⁺⟩_{2, 3} = 1/2(∣Φ⁺⟩_{1, 2}∣ξ⟩₃ + ∣Φ⁻⟩_{1, 2}σ₃∣ξ⟩₃ + ∣Ψ⁺⟩_{1, 2}σ₁∣ξ⟩₃ − ∣Ψ⁻⟩_{1, 2}σ₁σ₃∣ξ⟩₃) с использованием матриц Паули σ₁ и σ₃ и белловских состояний ∣Φ^±⟩_{1, 2} = 1/√2(∣HH⟩_{1, 2} + ∣VV⟩_{1, 2}) и ∣Ψ^±⟩_{1, 2} = 1/√2(∣HV⟩_{1, 2} + ∣VH⟩_{1, 2}).

Единица BSM была реализована в виде одномодового волоконного сплиттера (FBS от fiber beamsplitter) с PBS на каждом выходном канале, за которым следовали сверхпроводящие нанопроволочные детекторы одиночных фотонов (SNSPD от superconducting nanowire single-photon detector). В этой поляризационно-селективной конфигурации BSM проекции Фотона 1 и Фотона 2 на белловские состояния ∣Ψ⁺⟩_{1, 2} или ∣Ψ⁻⟩_{1, 2} могли быть идентифицированы, что значительно повышало эффективность BSM. Успешное измерение BSM сигнализировало о применении унитарного преобразования к Фотону 3 для восстановления исходно подготовленного квантового состояния Фотона 1.

Для анализа телепортированного поляризационного состояния ∣ξ⟩₃ Фотон 3 исследовался с помощью томографической установки, состоящей из QWP, HWP, за которыми следовал PBS, и двух SNSPD. Далее рассматриваются результаты для одной проекции на ∣Ψ⁻_{1, 2}. Для Фотонов 1, 2 и 3 суммарные счетчики одиночных фотонов на детекторах составили B₁ = 12.5 кГц, B₂ = 20.0 кГц и B₃ = 625 кГц.

Изображение №2

Двумя ключевыми требованиями для успешной квантовой телепортации являются высокая степень запутанности источника запутанных пар (EPS) и высокая неразличимость двух XX-фотонов, поступающих в BSM. Первая характеристика является внутренним свойством используемой структуры квантовой точки и сохраняется установкой QFC (были достигнуты показатели достоверности запутанности до 0.97). Вторая обеспечивается главным образом благодаря устранению первоначального рассогласования частот удаленных интерферирующих XX-фотонов посредством точной спектральной настройки насосных полей в процессах QFC (видимость интерференции в конечном итоге ограничивается только схемой накачки и спектральным расширением).

На 2a представлен высокоразрешающий спектр линий излучения XX квантовых точек QD1 и QD2 на телекоммуникационной длине волны после согласования частот в процессе QFC. При аппроксимации гауссовой функцией ширина линии составила 5.2 ± 0.4 ГГц для QD1 и 4.3 ± 0.1 ГГц для QD2. Относительное спектральное смещение между линиями равно 0.43 ± 0.27 ГГц и обусловлено дрейфом лазера-насоса в установке QFC. Измерения времени распада (τ^QD1,2_XX = 176 пc, 120 пc) позволяют оценить предельное значение Фурье для фотонов на уровне 0.903 ± 0.010 ГГц и 1.322 ± 0.005 ГГц. Отклонение измеренной ширины линии от предела Фурье вызвано механизмами неоднородного спектрального расширения и достаточно для применения гауссовой аппроксимации при подгонке.

Неразличимость двух преобразованных излучений исследовалась в эксперименте двухфотонной интерференции (TPI от two-photon interference) на выходах FBS с линейно поляризованными фотонами. Центральный пик корреляционной функции показан зелеными точками на 2b. По этим данным была оценена удаленная видимость TPI (V^Rmt_TPI). Хотя для полностью неразличимых фотонов центральный пик должен исчезать, в настоящем случае видимость TPI ограничена 30 ± 1 %. Это объясняется двумя причинами: во-первых, каскадное времяупорядоченное излучение трехуровневой системы задает верхнюю границу, определяемую скоростями распада XX и X (V^Rmt_{TPI, max} = γ_XX/(γ_XX + γ_X) = 59 %); во-вторых, наблюдаемое неоднородное спектральное расширение в измерениях FPI.

Видимость интерференции может быть увеличена за счет временной постселекции, которая смягчает влияние двух указанных механизмов. На 2c показана зависимость видимости интерференции от увеличения временного окна, центрированного около нулевой задержки. Так, видимость V^Rmt_{TPI, 70 пс} = 79 ± 1 % для временного окна 70 пc (минимальное окно постселекции в эксперименте телепортации, обсуждаемом ниже) снижается до 30 ± 1 % при отсутствии временной постселекции.

Для проведения полностью фотонного эксперимента по телепортации Фотон 1 подготавливался в трех сопряженных поляризационных состояниях: ∣ξ⟩₁ = ∣H⟩, ∣D⟩ и ∣R⟩. Измерялись трехфотонные совпадения между блоком BSM и Фотоном 3 для временных окон от 70 пс до 290 пс (последнее являлось компромиссом между охватом всего интерференционного пика и минимизацией нежелательных фоновых совпадений). В результате получались средние скорости совпадений в диапазоне от 0.11 ± 0.03 мГц до 2.5 ± 0.7 мГц. Плотностная матрица телепортированного состояния реконструировалась на основе измерений совпадений.

Изображение №3

На 3a–3c была вычислена верность телепортированного состояния ∣ξ⟩₃ (сигналировавшегося состоянием ∣Ψ⁻⟩_{1, 2}) по отношению к трем сопряженным входным состояниям. Поскольку видимость двухфотонной интерференции уменьшалась с увеличением времени интеграции (что было показано на 2c), ожидалось, что верность также будет зависеть от выбранного временного окна. Поэтому верности оценивались для различных временных окон регистрации трехфотонных совпадений от 70 пс до 290 пс. Точки на графиках показывают результаты измерений, а погрешности указаны как одно стандартное отклонение распределения, полученного с помощью моделирования Монте-Карло (10000 прогонов) при предположении пуассоновской статистики.

В идеальном случае при телепортации ∣H⟩ (или ∣D⟩, или ∣R⟩) ожидалось, что верность f^{∣H⟩ → ∣H⟩} (или f^{∣D⟩ → ∣D⟩}, или f^{∣R⟩ → ∣R⟩}) будет равна единице, а две оставшиеся верности будут равны 1/2 (серая линия на 3a–3c). Например, верность ∣H⟩, равная 1, означает, что фотон был максимально поляризован в состоянии ∣H⟩, а верность ∣R⟩, равная 1/2, означает отсутствие поляризационной компоненты в базисе ∣R⟩–∣L⟩.

На 3a верность телепортированного состояния ∣H⟩ состоянию ∣H⟩ была
f^{∣H⟩ → ∣H⟩}_{70 ps} = 0.860 ± 0.023 для временного окна 70 пс. При больших окнах значение f^{∣H⟩ → ∣H⟩}⟩ снижалось лишь незначительно и оставалось выше 0.7. Верности для телепортации других состояний составляли (3b и 3c): f^{∣D⟩ → ∣D⟩}_{70 ps} = 0.630 ± 0.038, f^{∣R⟩ → ∣R⟩}_{70 ps} = 0.672 ± 0.034, и уменьшались до приблизительно 0.55 и 0.6 соответственно при больших временных окнах. Все оставшиеся верности состояний, сопряженных начальному состоянию Фотона 1, отклонялись от значения 1/2 примерно на ± 0.1.

Эти три эксперимента по телепортации были смоделированы теоретически. Согласно модели, основными факторами, ограничивавшими верности f^{∣H⟩ → ∣H⟩}, f^{∣D⟩ → ∣D⟩} и f^{∣R⟩ → ∣R⟩}, были конечная видимость двухфотонной интерференции и многоквантовые вклады, возникавшие в процессе квантового преобразования частоты. При увеличении временного окна видимость TPI снижалась (2c), а доля фоновых отсчетов возрастала, что приводило к уменьшению верностей. Более высокая верность телепортации f^{∣H⟩ → ∣H⟩} объяснялась выбором базиса в измерении Белла (∣H⟩, ∣V⟩), который создавал дополнительные классические корреляции между BSM и Фотоном 3.

Анализ соответствующей матрицы плотности ρ телепортированного состояния был необходим для понимания различий между сопряженными верностями. Была разработана теоретическая модель для количественной оценки влияния экспериментальных параметров. На основе формализма матрицы квантового процесса для телепортации с реалистичными квантовыми точками этот подход давал аналитическое выражение выходного состояния в зависимости от входа и учитывал конечную чистоту одиночного фотона, ненулевое тонкое расщепление уровня (FSS) и другие декогеренционные процессы.

В этой модели матрица выходного состояния была скорректирована классическим интерференционным вкладом, который усиливал выход в состоянии ∣H⟩. Вес этого вклада определялся параметром перекрытия поляризационных мод M_p, учитывавшим спектральную и пространственную различимость волновых пакетов ∣H⟩ и ∣V⟩, обусловленную FSS и неполным совпадением мод на разделителе FBS в измерении Белла.

Параметры квантовых точек определялись по спектральным и радиационным измерениям (время распада экситона τ_x = 171 пс, время дефазировки T₂ = 35 пс);
два других параметра брались из литературы для аналогичных систем (время перекрестной дефазировки τ_HV = 1.10 ± 0.10 нс, время спинового рассеяния τ_SS = 1.10 ± 0.10 нс). Интервалы неопределенностей учитывались в модели, поскольку τ_HV и τ_SS не измерялись для данной точки.

На 3d–3f (измерения) и 3g–3i (модель) показаны матрицы плотности для трех телепортированных состояний при типичном окне 70 пс около нулевой задержки, до применения любых унитарных преобразований. Дисбаланс между диагональными элементами ρ_HH и ρ_VV в действительной части (3f, 3h, 3i) возникал из классических корреляций, благоприятствовавших телепортации состояния ∣H⟩ из-за различий видимости TPI для волновых пакетов ∣H⟩ и ∣V⟩. Этот эффект был связан с FSS, неполным перекрытием волновых пакетов и двулучепреломлением установки и описывался параметром M_p. Менее выраженный дисбаланс на 3e был связан с хорошо скомпенсированным двулучепреломлением в этом измерении.

Измеренные недиагональные элементы ρ_HV и ρ_VH в действительной части (для ∣H⟩ и ∣R⟩) были слегка ниже, чем в модели. Для телепортации ∣D⟩ ожидались ненулевые недиагональные элементы (3e, 3h). Эти элементы зависели от декогеренции в квантовой точке. Малые ненулевые мнимые недиагональные элементы для ∣H⟩ и ∣D⟩ указывали на несовершенную трансформацию между базисами квантовой точки и измерительной системой. Эти эффекты также приводили к отклонениям от 1/2 для верностей сопряженных состояний на 3a–3c.

Вычисленные верности между измеренными и смоделированными матрицами плотности превышали 97%, что подтверждало согласие эксперимента с моделью.

Из результатов на 3a–3c определяется средняя верность телепортации, обозначаемая как f̄ = (f^{∣H⟩ → ∣H⟩} + f^{∣D⟩ → ∣D⟩} + f^{∣R⟩ → ∣R⟩})/3. Если бы описанный эксперимент телепортации повторяли для каждого возможного состояния на сфере Пуанкаре, ожидаемая средняя верность телепортации задавалась бы f̄. По этой причине средняя верность телепортации является показателем качества в этой работе. Значение f̄ указывает на успешную квантовую телепортацию, когда оно превышает классический порог 2/3.

Изображение №4

Из-за поляризационной симметрии экспериментальной конфигурации ожидается, что верности для не измеренных входных состояний (∣V⟩, ∣A⟩, ∣L⟩) будут сопоставимы с верностями измеренных состояний, что делает усреднение по трем состояниям репрезентативным. Точки (красная область) на графике выше показывают среднюю верность телепортации экспериментального (смоделированного) процесса телепортации, с погрешностями, рассчитанными через распространение стандартных отклонений. Данные соответствуют состоянию ∣Ψ⁻⟩_{1, 2}. Для временного окна 70 пс измеренная средняя верность телепортации f̄_{70 пс} = 0.721 ± 0.33, что на 1.6 стандартных отклонений выше классического порога. Верность остается выше этого порога до 190 пс, что превышает время распада XX-фотона, используемого в эксперименте. Для больших временных окон это значение ��адает ниже классического порога, достигая стационарного состояния на уровне 0.630 ± 0.12.

Полученные результаты показали успешную телепортацию при применении временной постселекции. Необходимость постселекции была обусловлена главным образом внутренними ограничениями использованных источников и методом возбуждения. Погрешность средней верности телепортации в основном определялась статистикой счета источников. Большее количество трехкратных совпадений уменьшило бы ширину пуассоновских распределений, используемых для моделирования Монте-Карло, что снизило бы неопределенность средней точности телепортации. Расхождение между экспериментальными и теоретическими результатами для более широких временных окон объяснялось в первую очередь неопределенностями во временах спинового рассеяния и кросс-дефазировки, которые не удалось напрямую измерить для конкретной квантовой точки. Дополнительные декогеренционные эффекты, не учтенные в упрощенной матрице процесса, также могли вносить вклад, особенно на более длительных временных масштабах.

Разработанная теория позволила количественно оценить влияние экспериментальных параметров на среднюю верность телепортации, таких как видимость TPI, FSS и чистота одиночного фотона. Для демонстрации значимости этих факторов были рассчитаны средние верности телепортации при оптимальных параметрах квантовой точки. Среди них видимость TPI была определена как наиболее критический параметр, который необходимо оптимизировать для дальнейшего повышения средней верности телепортации. В случае источников, ограниченных преобразованием Фурье, где видимость использованной квантовой точки оставалась ограниченной скоростями распада радиационного каскада при V^Rmt_{TPI, max} = 59%, рассчитанная верность превосходила классический предел во всех сценариях без необходимости временной фильтрации. Дальнейшее повышение видимости TPI могло быть достигнуто за счет включения фотонной структуры, избирательно ускоряющей распад XX-состояния. Предполагая γ_xx = 5γ_x, что соответствовало видимости 83%, средняя верность телепортации достигала 0.73. Дополнительное уменьшение FSS и g⁽²⁾(0) еще больше увеличивало достижимую верность. Первое минимизировалось с помощью механического напряжения или использования эффекта Старка. Второе улучшалось путем снижения шума, связанного с преобразованием частоты, с помощью более узкой спектральной фильтрации. В таком сценарии (FSS = 0, g⁽²⁾(0) = 0) средняя верность телепортации могла достигать 0.85. При единичной видимости интерференции верность превышала 0.8 во всех сценариях, достигая 0.99.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог

В рассмотренном нами сегодня труде ученым впервые в мире удалось передать квантовую информацию между фотонами, происходящими от двух разных квантовых точек.

Передаваемая классическим путем информация всегда основана на нулях и единицах. Квантовая связь устроена аналогично, но носителями информации являются отдельные фотоны. Ноль или единица кодируются направлением поляризации фотона (горизонтальной, вертикальной или их суперпозицией). Поскольку фотоны подчиняются квантовой механике, их поляризацию невозможно измерить, не оставив заметных следов, т. е. любая попытка несанкционированного доступа будет обнаружена.

Создание квантовой связи является важной и сложной задачей, но еще сложнее ее интеграция в уже используемую инфраструктуру, на пример оптоволокно. Однако свет в волокне может передаваться лишь на ограниченные расстояния. Обычные сигналы каждые ~50 км усиливаются оптическим усилителем. Квантовую информацию усиливать или копировать нельзя, поэтому этот метод неприменим. Вместо этого квантовая физика по��воляет переносить информацию с одного фотона на другой, если сама информация остается неизвестной. Это явление называется квантовой телепортацией.

Для использования телепортации ученые создают квантовые ретрансляторы, которые должны обновлять квантовую информацию до того, как она потеряется в волокне. Они будут ключевыми узлами квантового интернета. Но их разработка чрезвычайно сложна: телепортация требует, чтобы фотоны были почти идентичны по времени прихода и частоте. Ученым удалось создать полупроводниковые источники света, испускающие максимально похожие фотоны. В результате они успешно телепортировали поляризационное состояние фотона от одной квантовой точки на фотон, созданный другой точкой. Одна точка испускает одиночный фотон, а другая — запутанную пару фотонов. «Запутанность» означает, что два фотона разделяют одно квантовое состояние, даже будучи разделенными в пространстве. Один фотон пары направляется ко второй квантовой точке и взаимодействует с ее фотоном. Когда они накладываются друг на друга, суперпозиция переносит информацию исходного фотона на удаленного партнера запутанной пары. Ключевым элементом достижения стало использование квантовых преобразователей частоты — устройств, устраняющих небольшие частотные расхождения между фотонами.

Исследователи подчеркивают, что передача квантовой информации между фотонами из разных квантовых точек открывает путь к увеличению рабочих дистанций. В демонстрации использовалось лишь около 10 метров оптоволокна, однако команда уже работает над существенно большими расстояниями, опираясь, в том числе, на результаты предыдущих исследований, где запутанность сохранялась после 36 километров передачи. Сейчас вероятность успешной телепортации немного превышает 70%, но остается чувствительной к небольшим различиям между квантовыми точками. Ученые стремятся снизить эти расхождения за счет более точных методов полупроводникового производства.

Немного рекламы

Спасибо, что остаетесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?