Fizycy po raz pierwszy zademonstrowali proces kwantowej teleportacji z jednego chipa krzemowego do drugiego. Ich system, zbudowany na zasadach optyki zintegrowanej, wykorzystuje kombinację nieliniowych źródeł fotonów i liniowych obwodów kwantowych. Ten projekt zapewnia jedną z najwyższych jak dotąd dokładności teleportacji. Praca opublikowana w Nature Physics.
Aby zbudować systemy do przetwarzania i przesyłania informacji kwantowych, naukowcy często wykorzystują zasady optyki zintegrowanej. Optyka ma kilka istotnych zalet: na przykład pozwala skalować system, zwiększając jego moc obliczeniową. Praca z danymi kwantowymi w optyce zintegrowanej wymaga jednak implementacji kilku skomplikowanych mechanizmów. Taki system powinien być w stanie generować grupy pojedynczych fotonów, kontrolować je, a następnie rejestrować.
W poprzednich pracach fizycy już stanęli przed problemem stworzenia generatora z wystarczająco jasnymi i rozróżnialnymi fotonami. Ponadto połączenie źródła fotonów z obwodami kwantowymi (rejestratorami) w jednym kompaktowym urządzeniu jest dość trudnym zadaniem. Mimo to w 2014 roku naukowcom udało się teleportować kwantowo foton w pojedynczym chipie krzemowym.
Teraz międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem Daniela Llewellyna z University of Bristol zbudował system, który umożliwia kwantową teleportację z jednego chipa do drugiego. Składa się z dwóch części - nadajnika (5 × 3 milimetry) i odbiornika (3,5 × 1,5 milimetra). Nadajnik to sieć nieliniowych źródeł fotonów i liniowych obwodów kwantowych.
Najpierw generowane są dwie pary fotonów i przepuszczane przez czujnik w celu określenia, czy są splątane. Następnie są kierowane przez kanały falowodu do liniowego obwodu kwantowego (sekwencja eksperymentów kwantowych). Ostatnim etapem jest pomiar za pomocą systemu interferometrów Mach-Zehndera (urządzenie to składa się z falowodu, który rozgałęzia się na dwie części; elektrody umieszczone po bokach ramion interferometru ponownie łączą wiązkę w jedną). Jeden ze splątanych fotonów przesyłany jest do odbiornika 10-metrowym kablem światłowodowym. Odbiornik dokonuje takich samych pomiarów interferometrem jak nadajnik.
Schematyczne przedstawienie urządzenia. i. nadajnik b. odbiorca.
Instalacja potrafi teleportować fotony w obrębie jednego i dwóch chipów (w przypadku dwóch chipów były one w odległości 10 metrów od siebie). Stopień koincydencji stanów kwantowych (dokładność teleportacji) w pierwszym trybie wynosi 0,906, w drugim - 0,885. W pracach nad teleportacją w 2014 roku fizycy osiągnęli wartość około 0,89.
Zdaniem autorów ich praca może być przydatna w projektach optyki zintegrowanej na większą skalę, które znajdują zastosowanie w dziedzinie komunikacji kwantowej i obliczeń. Mówimy nie tylko o komputerze kwantowym, ale także o sieci kwantowej realizowanej na zasadach optycznych. Poprawa dokładności transmisji danych umożliwi fizykom tworzenie bardziej wydajnej komunikacji opartej na teleportacji kwantowej.
Film promocyjny:
Niedawno naukowcy sfotografowali splątanie kwantowe, można na nie spojrzeć. Profesor Aleksander Lwowski opowiedział nam o tym, jak prawidłowo rozumieć eksperymenty ze splątanymi cząstkami.
Oleg Makarov