Рекорд дальности: Физики впервые телепортировали квантовую информацию на расстояние более 100 километров по стеклянному волокну. Даже после такого большого расстояния им все же удалось измерить слабый сигнал от квантово-механически запутанных фотонов с помощью новых высокоэффективных детекторов, как описывают исследователи в журнале «Оптика». Это важный шаг для передачи информации квантовых компьютеров и построения «квантового интернета».
Квантовая телепортация достигла огромного прогресса с тех пор, как около 20 лет назад впервые возникла идея: информация может передаваться с молниеносной скоростью и абсолютно надежно от подслушивающих через квантово-механически запутанные частицы, в основном фотоны. Это еще далеко от телепортации предметов или даже людей как при телепортации на "Энтерпрайзе". Однако квантовая телепортация является ключевым компонентом передачи информации в квантовых компьютерах и их сетях.
Только один из ста фотонов может покрыть расстояние в сто километров
Благодаря свободному пространству телепортация квантовой информации сейчас вполне успешна даже на большие расстояния. Различные группы физиков уже преодолели расстояния более ста километров. Тем не менее, волоконно-оптические линии лучше подходят для создания компьютерной сети или даже «квантового интернета».
Однако квантовая телепортация на большие расстояния до сих пор была проблематичной: фотоны, передаваемые по оптоволоконным кабелям, не могли быть достаточно точно измерены предыдущими детекторами. Поэтому большая часть передаваемой информации была потеряна.«Только около одного процента фотонов проходит через 100 километров оптоволокна», - объясняет Марти Стивенс из Национального института стандартов и технологий США (NIST) в Боулдере.
Раньше или на наносекунду позже
Физики из NIST сделали важный шаг к решению этой проблемы: с помощью сверхпроводящих нанопроводов они смогли измерять запутанные фотоны более эффективно, чем когда-либо прежде. Это позволило им осуществить квантовую телепортацию через 102 километра спирального оптоволоконного кабеля - новый рекорд дальности.
Физики отправили фотоны по оптическому волокну в одном из двух состояний. Они могут быть либо «ранними», либо «поздними» в пределах всего наносекунды. Запутанные с ними фотоны принимают другое состояние. Пока состояния фотонов не измеряются, они квантово-механически накладываются друг на друга: оба запутанных фотона находятся в обоих состояниях одновременно.
Передача сигнала для квантового интернета?
Однако, как только вы измеряете состояние одной частицы, вы также определяете состояние другой частицы - независимо от того, какое расстояние между ними. Однако до сих пор трудность заключалась в возможности измерения состояния, полученного на другом конце оптоволоконного кабеля. «Мы никогда не смогли бы провести эксперимент без новых детекторов, способных измерять этот невероятно слабый сигнал», - говорит Стивенс.
Еще одним преимуществом является то, что тестовая установка также может работать как «повторитель»: входящий сигнал усиливается и передается дальше, как это необходимо для оптических морских кабелей. Квантовый интернет требует аналогичных компонентов. Раньше физики думали, что для квантовой телепортации нужны атомы. Тот факт, что свет может выполнять и эту функцию, многократно ускоряет передачу сигнала.