Впервые в истории научного сообщества удалось осуществить телепортацию квантовой информации между двумя независимыми источниками фотонов, что представляет собой значительный шаг на пути к созданию безопасного и масштабируемого квантового мира. Это достижение, по мнению экспертов, приближает реализацию глобальных квантовых сетей. Фото: AI/ScienceDaily.com
Международный коллектив исследователей, в состав которого вошли специалисты из Падерборнского университета, сосредоточил свои усилия на изучении перспективных направлений для построения квантового Интернета. Ученым впервые удалось телепортировать состояние поляризации одиночного фотона из одной квантовой точки в другую, находящуюся на значительном физическом удалении. Если говорить упрощенно, то свойства одного фотона были переданы посредством квантовой телепортации, минуя прямое перемещение самой частицы.
Данный эксперимент рассматривается как ключевой этап для развития будущих сетей квантовой связи. В ходе работы исследователи задействовали оптический канал связи протяженностью 270 метров, который соединял две экспериментальные системы. Подробные результаты этого новаторского исследования были опубликованы на страницах авторитетного научного издания Nature Communications.
Десятилетие сотрудничества окупается
В стенах Падерборнского университета доктора и постдокторанты на протяжении почти десяти лет занимались оптическими измерениями, анализом и обработкой полученных данных. В этот период группа под руководством профессора Клауса Йонса поддерживала тесное взаимодействие с профессором Ринальдо Тротти, возглавляющим исследовательскую работу в Римском университете Сапиенца.
«Эксперимент впечатляюще демонстрирует, что квантовые источники света, основанные на полупроводниковых квантовых точках, способны стать ключевым элементом для будущих сетей квантовой связи. Успешная квантовая телепортация между двумя независимыми квантовыми излучателями представляет собой важный шаг на пути к созданию масштабируемого квантового реле и, как следствие, к практической реализации квантового Интернета», — пояснил профессор Йонс, который руководит исследовательской группой «Квантовые устройства гибридной фотоники» и является членом правления Института фотонных квантовых систем (PhoQS) в Падерборнском университете.
Почему запутанность важна для квантовой коммуникации
Запутанные системы, состоящие из квантовых частиц, открывают гораздо более широкие возможности для телекоммуникационных технологий. Вместо того чтобы полагаться на одно и то же состояние, определяемое единственным фотоном, данная система генерирует дополнительные состояния, позволяя увеличить количество задействованных частиц. Такой подход имеет критическое значение для приложений в сфере безопасной связи, обработки данных и функционирования квантовых компьютеров.
Запутывание связывает новые свойства фотонов таким образом, что они могут обмениваться информацией. Состояние представляет собой единицу обрабатываемых данных, что в перспективе позволит создавать защищенные каналы передачи информации на огромные расстояния.
мой информации. «Раньше эти фотоны произошли из одного и того же источника, то есть одного и того же излучателя. Хотя в последние годы был проведен консервативный процесс, использование низких квантовых излучателей для реализации квантовой ретрансляции между независимыми фазами, ранее недосягаемыми», — отметил профессор Йонс.
Долгосрочная стратегия и передовые технологии
Около десяти лет назад профессор Джонс и Тротта разработали план использования квантовых точек в качестве источников запутанных пар фотонов в средней связи и телепортации. успех их последнего подтверждения, что этот долгосрочный подход сработал.
«Этот результат показывает, что наше долгосрочное планирование окупилось», — сказал он стратег. Профессор Йонс сказал, добавив: «Сочетание превосходного материаловедения, нанопроизводства и оптических квантовых технологий стало ключевым фактором для всех».
Общеевропейское сотрудничество обеспечивает точные результаты
Этот прорыв стал возможным благодаря вкладам нескольких исследовательских центров по всей Европе. Квантовые точки были точно определены в Университете Иоганна Кеплера в Линце, а наноизготовление резонаторов осуществлялось партнерами из Вюрцбургского университета. Сами эксперименты по телепортации проводились в Римском университете Сапиенца, где ученые соединили два здания с помощью оптической линии связи в свободном пространстве длиной 270 метров.
В системе используется синхронизация с помощью GPS, сверхбыстрые детекторы одиночных фотонов и методы противодействия атмосферной турбулентности. Достигнутая точность состояния телепортации (т.е. сохранения качества квантовых состояний во время телепортации) достигла 82 ± 1%, что рассчитывает классический предел более чем на 10 стандартных отклонений.
Следующий шаг: создание квантового реле
Это достижение открывает дверь к следующей цели, демонстрируя «обмен запутанностью» между двумя квантовыми точками. Достижение этого ресурса позволило бы создать первое квантовое реле, использующее два детерминированных источника запутанных пар фотонов. Определенные источники могут надежно производить одиночные фотоны практически с помощью прибора, хотя их разработка представляла собой серьезную проблему.
Параллельные достижения укрепляют квантовые исследования
Почти в то же время другая исследовательская группа из Штутгарта и Саарбрюкена сообщила о переменах с использованием переменного цикла. В результате эти результаты представляют собой всю веху для квантовых исследований в Европе и представляют собой присоединение функционального квантового Интернета к реальности.