Teleportacja kwantowa zrealizowana po raz pierwszy za pomocą zwykłych kabli internetowych

Inżynierowie z Northwestern University jako pierwsi pomyślnie zademonstrowali teleportację kwantową za pośrednictwem kabla światłowodowego przenoszącego ruch internetowy.

Odkrycie opisane w czasopiśmie Optica wprowadza nową możliwość łączenia komunikacja kwantowa z wykorzystaniem istniejących kabli internetowych — znaczne uproszczenie infrastruktury potrzebnej do stosowania zaawansowanych technologii wykrywania lub zastosowań obliczeń kwantowych.

„To jest niesamowicie ekscytującebo nikt nie myślał, że to możliwe” – stwierdził Prema Kumarabadacza z Northwestern, który kierował badaniem, w jednym z nich na uniwersytecie.

„Nasza praca wskazuje drogę do nowej generacji sieci kwantowych i klasycznych, które dzielą zunifikowaną infrastrukturę światłowodową. W zasadzie otwiera drzwi do przenieś komunikację kwantową na wyższy poziom– dodał śledczy.

Kumar, ekspert w dziedzinie komunikacji kwantowej, jest profesorem elektrotechniki i informatyki w McCormick School of Engineering w Northwestern, gdzie kieruje Centrum Obliczeń Fotonicznych i Komunikacji.

Jak to działa

Ograniczona jedynie prędkością światła, teleportacja kwantowa pozwala na nową formę, ultraszybki i bezpiecznydo wymiany informacji między użytkownikami w odległych sieciach, gdzie bezpośrednia transmisja nie jest konieczna.

Proces ten polega na wykorzystaniu techniki, w której dwie cząstki są połączone, niezależnie od odległości między nimi.

U podstaw tej idei leży zjawisko „”, termin ukuty przez Alberta Einsteina do opisu splątania kwantowego.

Ta dziwna, ale fundamentalna zasada mechaniki kwantowej sugeruje, że „kwantowo połączone cząstki” z którym na początku nawiązano kontaktmogą natychmiast wpływają na swoje właściwościniezależnie od odległości jaka je dzieli.

Zjawisko to, które pozwala fizykom na wprowadzanie zmian w charakterystyce niektórych cząstek, powodując te same zmiany na odległośćw cząstkach, które wcześniej oddziaływały z pierwszymi, jest podstawą obliczeń kwantowych.

Zatem zamiast cząstek fizycznie podróżujących w celu przekazania informacji, zamiast cząstek splątane lub splecionewymieniać informacje na duże odległości — bez fizycznego ich transportu.

„W komunikacji optycznej wszystkie sygnały przekształcane są w światło” – wyjaśnił Kumar. „Podczas gdy konwencjonalne sygnały stosowane w komunikacji klasycznej składają się zazwyczaj z milionów lekkich cząstek, transport informacji kwantowej użyj unikalnych zdjęć„.

„Przeprowadzając niszczący pomiar dwóch fotonów – jednego w stanie kwantowym, a drugiego splątanego z innym fotonem – stan kwantowy zostaje przeniesiony dla pozostałego fotonu, który może znajdować się bardzo daleko” – powiedział Jordan Thomas, doktorant w laboratorium Kumara i pierwszy autor artykułu.

„Sam foton nie musi być wysyłany na duże odległości, ale jego stan ostatecznie taki jest zakodowane w fotonie na odległość. Teleportacja pozwala na wymianę informacji na duże odległości bez konieczności pokonywania tej odległości przez samą informację” – wyjaśnia badacz.

Przed nowym badaniem Kumara wielu badaczy nie byli pewni że teleportacja kwantowa jest możliwa w kablach przenoszących klasyczną komunikację.

Splątane fotony utonęłyby wśród milionów innych cząstek światła. To byłoby jak rozklekotany rower próbujący przejechać z dużą prędkością przez tunel wypełniony ciężkimi ciężarówkami.

Kumar i jego zespół odkryli jednak sposób, aby pomóc delikatnym fotonom trzymaj się z dala od dużego ruchu.

Po przeprowadzeniu dogłębnych badań nad sposobem rozpraszania światła w kablach światłowodowych badacze znalazł długość fali mniej zatłoczone źródło światła do umieszczenia fotonów. Następnie dodali specjalne filtry, aby zredukować zakłócenia pochodzące z normalnego ruchu internetowego.

„Dokładnie zbadaliśmy sposób rozpraszania światła i umieściliśmy nasze fotony na etapie sądowym, gdzie ten mechanizm rozpraszania jest zminimalizowany„, wyjaśnia Kumar. „Odkryliśmy, że możemy komunikować się kwantowo bez zakłóceń ze strony klasycznych kanałów, które są jednocześnie obecne”.

„Teleportacja kwantowa ma zdolność do zapewnienia łączności kwantowej bezpiecznie pomiędzy geograficznie odległymi węzłami” – wyjaśnia Kumar.

„Wiele osób tak zakładało nikt nie będzie budował infrastruktury wyspecjalizowane w wysyłaniu cząstek światła. Jeśli odpowiednio dobierzemy długości fal, nie będziemy musieli budować nowej infrastruktury. Komunikacja klasyczna i kwantowa mogą współistnieć” – podsumowuje.