Дослідники досягли стійкої квантової телепортації на великі відстані

 

Квантова телепортація.Фото/vice.com

Прорив, здійснений серед інших дослідниками з Caltech, Fermilab та NASA, є кроком до практичного квантового інтернету.

У рамках значного прориву в пошуках квантового інтернету, технології, яка зробить революцію в обчислювальній техніці безліччю способів, консорціум відомих установ оголосив першу демонстрацію стійкої квантової телепортації з високою точністю на великі відстані.

•У Мюнхені вручили Нобелівську премію з фізики

• Дослідники NASA розповіли про прогрес у розробці міжзоряного зонда на сонячній тязі

Під керівництвом Caltech співпраця між Фермілабом, AT&T, Гарвардським університетом, Лабораторією реактивного руху НАСА та Університетом Калгарі повідомляє про успішну телепортацію кубітів, базових одиниць квантової інформації, через 22 кілометри волокна на двох випробувальних стендах: Caltech Quantum Network та квантової мережі Fermilab.

"Протягом останніх кількох років команда наполегливо працювала і не покладаючи рук", - сказала в електронному листі Марія Спіропулу, фізик елементарних частинок з Caltech, який керує науково-дослідницькою програмою INQNET і є співавтором нової статті.

Хоча співпраця знала, що вона “досягла значних результатів” до весни 2020 року, додав Спіропулу, вони утримувались від поширення новин, навіть неофіційно в соціальних мережах, до публікації повного дослідження цього тижня.

"Ми хотіли підштовхнути цей тип досліджень і зробити важливі кроки на шляху реалізації як реальних додатків для квантових комунікацій, так і мереж і перевірити основні фізичні ідеї", - сказав Панайотис Спенцуріс, керівник Квантової наукової програми у Фермілаб , в електронному листі.

"Отже, коли ми нарешті зробили це, команда була піднесена, дуже горда тим, що досягла цих високоякісних рекордних результатів", - продовжив він. "І ми дуже раді, що ми можемо перейти до наступного етапу, використовуючи ноу-хау та технології цієї роботи для розгортання квантових мереж".

Дослідники кажуть, що в їх експерименті використовувалося "готове" обладнання, сумісне як із існуючою телекомунікаційною інфраструктурою, так і з квантовими технологіями, що розвиваються. Результати "забезпечують реалістичну основу для високоякісного квантового Інтернету з практичними пристроями", згідно з дослідженням, опублікованим у вівторок у звіті журналу PRX Quantum.

Квантова телепортація не передбачає фактичної передачі речовини. Швидше, квантові частинки заплутані (залежать одна від одної навіть на великі відстані) і якось знають властивість своєї другої половини. З нашого пояснення на початку цього року:

Певним чином переплутані частинки поводяться так, ніби їм відомо про те, як поводиться інша частинка. Квантові частинки в будь-якій точці перебувають у квантовому стані ймовірностей, де такі властивості, як положення, імпульс та спін частинки, не визначаються точно, поки не буде проведено певне вимірювання. Для заплутаних частинок квантовий стан кожної залежить від квантового стану іншої; якщо одна частинка вимірюється і змінює стан, наприклад, стан іншої частинки буде відповідно змінюватися.

Метою дослідження було телепортувати стан квантових кубітів, або "квантових бітів", які є основними одиницями квантових обчислень. Згідно з дослідженням, дослідники створили, в основному, компактну мережу з трьома вузлами: Еліс, Чарлі та Боб. У цьому експерименті Аліса посилає кубіта Чарлі. Боб має заплутану пару кубітів, а також посилає одного кубіта Чарлі, де він заважає кубіту Аліси. Чарлі проектує кубіт Аліси на переплутаний квантовий стан Белл, який переносить стан початкового кубіта Аліси на решту кубіта Боба.

Прорив помітний з кількох причин. Багато попередніх демонстрацій квантової телепортації виявилися нестабільними на великі відстані. Наприклад, у 2016 році дослідники з Університету Калгарі змогли здійснити квантову телепортацію на відстань до шести кілометрів. На той час це був світовий рекорд і розглядався як головне досягнення.

Кінцевою метою є створення квантових мереж, які за допомогою переплутування та суперпозиції значно збільшать обчислювальну швидкість, потужність та безпеку порівняно з класичними комп’ютерами. Наприклад, Міністерство енергетики США має амбіційний план побудови квантової мережі між своїми національними лабораторіями.

Будь-яка сфера, яка покладається на комп’ютери, зазнає впливу реалізації цієї технології, хоча більша частина фокусу майбутнього потенціалу квантових мереж обертається навколо криптографії, алгоритмів пошуку, фінансових послуг та квантового моделювання, які можуть моделювати складні явища.

Квантові обчислення були на горизонті роками, і це дослідження робить нас на крок ближче до їх реалізації в практичному масштабі. Але не сподівайтесь, що найближчим часом ви будете користуватися квантовим Інтернетом.

"Люди в соціальних мережах запитують, чи варто їм підписуватись на квантового Інтернет-провайдера (звичайно, жартома)", - сказав Спіропулу. "Нам потрібна (набагато) більше науково-дослідної роботи".

Тепер, коли Фермілаб, Caltech та його партнери продемонстрували цей ключовий крок на шляху до цих мереж, команда планує подальший розвиток квантових інформаційних технологій шляхом побудови мегаполісів загальномережева мережа під назвою Illinois Express Quantum Network навколо Чикаго.

«Є багато напрямків, які нам потрібно просувати вперед, - сказав Спенцуріс, - як у застосуванні квантових комунікацій та мережевих технологій, так і в просуванні інженерії систем. Ми вже наполегливо працюємо над розробкою архітектури, процесів та протоколів для квантових мереж та над оптимізацією деяких показників, включаючи швидкість передачі даних та радіус дії ».

Джерело