Сделан первый шаг к перемещению квантовой информации

Команда физиков из Европы продемонстрировала устройство, которое может передавать квантовую информацию физическому устройству квантовой памяти по телекоммуникационным кабелям.

Реализация такой возможности является критически важной для создания квантового Интернета. Квантовая телепортация представляет собой способность перемещаться из одного места в другое, не двигаясь при этом в пространстве. Иными словами, материя не совершает движение, движется лишь описывающая ее информация. Информация передается новому объекту, который становится идентичным оригиналу, по материалам Technology Review.

В то время как поклонников научной фантастики интересует принимающий объект, квантовые физики более заинтересованы в информации. Для них телепортация – это технология, которая откроет новую веху в технологиях обработки информации, включая квантовый интернет, который представляет собой полностью безопасный способ передачи информации.

Одной из основ квантового интернета будут квантовые роутеры, которые могут получать информацию от одного источника и передавать ее другому, не разрушая при этом информацию. Так что насущная проблема заключается в создании такой технологии, которая потенциально может революционизировать сферу средств связи.

Феликс Бюссьер (Felix Bussières) из Университета Женевы (Швейцария) и несколько его коллег заявляют о том, что они сделали важный шаг на пути к созданию такой технологии. Они сумели передать квантовую информацию кристаллу, активированному редкоземельными ионами – в некотором смысле, такой кристалл и является квантовой памятью. Важно то, что они впервые в истории сделали это с помощью оптического волокна, которое используется в средствах связи по всему миру. 

Для того чтобы телепортация стала привычным явлением, необходимы сплетенные фотоны, длина волны которых совместима с оптическим волокном. Их не так-то просто создать, ведь сплетенные фотоны должны быть совместимы с произвольными энергетическими скачками в квантовой памяти. «Обычно их длина волны совсем не соответствует стандартному оптическому волокну», - говорит Бюссьер и его коллеги. 

Трюк, который применила команда ученых, заключался в том, чтобы создать пару фотонов с различной длиной волны. Длина волны первого составляла 883 нм (ближний инфракрасный диапазон), что сопоставимо с квантовой памятью, сделанной из кристалла ортосиликата иттрия, активированного с помощью неодима. Длина волны второго составляла 1338 нм (средний инфракрасный диапазон), позволяя ему с легкостью перемещаться по оптическим кабелям связи.

Квантовое состояние, которое необходимо было передать, заключалось в поляризации фотона с длиной волны 1338 нм. Команда ученых передала сигнал на 883 нм квантовой памяти, где информация о нем и сохранилась, передавая при этой сигнал на 1338 нм по 12-километровому волокну другому устройству, которое в свою очередь создавало третий фотон (также на 1338 нм), содержащий передаваемую поляризацию. 

Именно здесь и возникает эффект телепортации. Когда эти два фотона на 1338 нм встречаются в определенной точке, поляризация передается в квантовую память. 

Проведенные командой измерения фотонов показывают, что состояние поляризации в действительности было передано так, как описывает этот процесс квантовая механика (Важнейшая часть эксперимента – это новое поколение датчиков отдельных фотонов, которые более эффективно способны отслеживать передаваемые по средствам связи фотоны).

Этот эксперимент впервые приводит все элементы, необходимые для реализации телепортации по стандартным средствам связи к физическому устройству квантовой памяти.

Это небольшой, но важный шаг вперед. Если у нас когда-нибудь появится квантовый интернет, именно это оборудование и будет составлять его основную часть. 

С научной статьей можно ознакомиться здесь.