Квантовая телепортация приобретает 3D-измерение в новых экспериментах

27 August 2019
Представление художника о квантовой телепортации в трехмерных состояниях. Иллюстрация: ÖAW/Harald Ritsch
Представление художника о квантовой телепортации в трехмерных состояниях. Иллюстрация: ÖAW/Harald Ritsch

В отличие от обычных компьютеров, где данные хранятся в двоичных разрядах как 0 или 1, «кубиты» в квантовых компьютерах могут существовать как оба значения одновременно. Как ни странно, эту информацию можно эффективно «телепортировать» на любое расстояние. Теперь ученым из Австрии и Китая удалось создать фотоны, которые существуют как 0, 1 и 2 одновременно, и телепортировать эти сложные квантовые состояния.

Квантовые компьютеры готовы оставить традиционные компьютеры и даже суперкомпьютеры в пыли истории, и они обязаны экспоненциальным увеличением своей мощности именно тому факту, что они выходят за рамки двоичного кода. Один «бит» информации не ограничен 0 или 1 - он может быть одним или обоими одновременно, почти как печально известный кот Шредингера.

Теоретически, добавление дополнительных состояний увеличивает мощность еще больше: например, добавьте 2, и диапазон возможных состояний увеличивается экспоненциально. Один кубит может быть любым отдельным значением или любой парой из двух, или всех трех одновременно.

И теперь эти теоретические квантовые состояния более высокой размерности были продемонстрированы не только в лабораторных экспериментах, но и телепортированы. В состав группы входят ученые из Австрийской академии наук (Austrian Academy of Sciences), Венского университета (University of Vienna) и конкурировавшего с ними Китайского университета науки и техники (University of Science and Technology of China).

Команда основывала свои эксперименты на давнем опыте под названием «Тест Белла». В нем два фотона испускаются в разных направлениях одновременно, и когда определенным свойством одного из них манипулируют и измеряют, свойства другого обычно оказываются одинаковыми с первым. Эта информация, похоже, как бы «телепортируется» ко второму фотону, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга.

Для нового исследования ученые адаптировали классический эксперимент для телепортации трехуровневого состояния, которое они называют «кутритом». Квантовое состояние в этом случае - это то, по какому из трех оптических волокон проходит фотон - помня, конечно, что квантовая физика позволяет одному фотону находиться в любом или во всех трех волокнах одновременно.

Команда использовала многопортовый светоделитель для направления фотонов, а затем управляла их состояниями, используя вспомогательные фотоны. Тщательно контролируя интерференционные картины этих фотонов, команда смогла успешно телепортировать эту квантовую информацию в другой фотон, даже если эти два фотона никогда не взаимодействовали физически.

Этот эксперимент показывает, что квантовая телепортация может быть осуществлена не только в трех измерениях, но теоретически это может быть сделано в любом количестве измерений.

Это исследование является шагом к использованию квантовой механики для улучшения электроники. В недалеком будущем квантовый Интернет мог бы соединить квантовые компьютеры вместе, чтобы передавать данные невероятно быстро посредством квантовой телепортации.

Предыдущая статья об этом событии: "Физики впервые успешно телепортировали «кутриты»"

Видео по теме: "Телепортация. [Невозможные изобретения]"