Квантовая телепортация становится ещё ближе

Две команды учёных улучшили передачу на большие расстояния информации о частицах. Квантовая информация прошла в воздухе от 100 километров и более в двух новых экспериментах, что гораздо дальше и с более высокой точностью, чем когда-либо прежде. Исследование делает ближе к реальности настоящие междугородные квантовые сети связи, в которых спутники смогли бы передавать луч зашифрованной информации по всему миру.

Оба исследования связаны с квантовой телепортации, которая транспортирует квантовое состояние одной частицы на другую. Это стало возможным благодаря явлению, называемому квантовая запутанность, в котором пара частиц становятся связаны таким образом, что измерения некоторого свойства одного мгновенно определяет то же свойство для других, даже если они находятся друг от друга на больших расстояниях.

В телепортации, два человека - физики назвали их Алиса и Боб - взяли по одной частице из пары запутанных частиц. Алиса измеряет свойство частицы и посылает обычное сообщение Бобу обратить внимание на то, что она сделала. Боб знает, как изменить свою частицу в соответствии с указаниями Алисы. Частица Боба получает информацию, содержащуюся в частице у Алисы, которая была уничтожена её измерением. Таким образом, информация была "телепортирована" из лаборатории Алисы к Бобу.

Физики первый раз телепортировали квантовую информацию в 1997 году с помощью одной пары запутанных фотонов или частиц света. С тех пор исследователи медленно усложняли задачу, перенося большие группы фотонов на большие расстояния, а иногда и использовали атомы в качестве запутанных частиц.

В 2007 году Антон Цайлингер из Венского университета и его коллеги установили рекорд дальности: с помощью пары запутанных фотонов они сумели передать часть квантовой информации на расстояние более 143 километров, между двумя из Канарских островов. В новой работе сообщает команда учёных вариант того же эксперимента с использованием нескольких запутанных фотонов чище и более надежный.

На этот раз, ученые добавили фазовый сдвиг в лазерных лучах, что дало окончательным измерениям больше чистоты и простоты выбора из фоновых сигналов. Устройство, называемое "активной прямой подачей", является "важным элементом в будущем приложении, таком как связь между квантовыми компьютерами",- написали Цайлингер и его коллеги. "Наш эксперимент подтверждает зрелость и применимость привлеченных технологий в реальных сценариях, и является вехой на пути к будущей спутниковой квантовой телепортации",- пишут они.

Во втором эксперименте китайских ученых много запутанных вместе фотонов телепортировали информацию на расстояние 97 километров через озеро в Китае. "Это на два порядка дальше, чем любой другой эксперимент телепортации многофотонного",- сказал Джан-Вей Пан из Университета науки и технологии Китая в Шанхае.

Команда Пана также разработала способ, позволяющий отслеживать движущиеся сигналы телепортации более точно, что опять таки может помочь сделать окончательный результат более надёжным. "Наши результаты показывают, что даже при высоких потерях в земле, спутниковых каналах восходящей линии, квантовая телепортация может быть реализована",- написали учёные.

Оба учёных- Цайлингер и Пан хотят телепортировать информацию на спутник на низкой околоземной орбите. Это расстояние примерно в три раза больше, чем было в эксперименте на Канарских островах, но так как там меньше молекул воздуха, чтобы помешать сигналам на больших высотах, это может быть проще сделать.