Німецькі вчені розсунули межі використання квантової заплутаності до масштабів цілого міста

Feb 13 7:00 2020 Друк цієї статті

Під час експерименту інформація, укладена в стані атомарного квантового біта, була перетворена в стан фотона світла, який, пройшовши по оптоволоконному кабелю відстань у 20 кілометрів, успішно доніс цю інформацію до іншої атомарного квантового біта.

Це досягнення дозволить в майбутньому збільшити відстань, що розділяє окремі частини квантових концентраторів і квантових комп'ютерів, розділених фізично, але залишаються при цьому в режимі онлайн. Крім цього, використані технології можуть лягти в основу конструкції квантового повторювача, пристрою, здатного розсунути межі використання квантових технологій до регіонального, національного і навіть міжнародного масштабів.

Зазначимо, що прямо зараз німецькі дослідники реалізували лише половину функціоналу квантової комунікаційної системи. Для отримання повноцінного комунікаційного каналу їм потрібно зробити ще одне точно таке ж перетворення інформації, тільки в зворотному напрямку.

Експеримент з передачі квантової інформації було розпочато з атома рубідію, укладеного в оптичній лазерної пастці і охолодженого до температури у декілька мільйонних часток градуса вище абсолютного нуля. Цей атом був обраний з безладного хмари атомів рубідію і переміщений в пастку за допомогою оптичного пінцета, сфокусованого особливим чином променя лазерного світла, що дозволяє переміщати крихітні об'єкти.

Далі цей атом був переведений в збуджений енергетичний стану, в якому він став квантової часткою, а укладена в ньому квантова інформація була закодована в спині, в напрямку обертання верхнього збудженого електрона. Коли атом спонтанно повернувся в більш низькоенергетичне стан, він излучил фотон світла, поляризація якого відповідала спину електрона, і який був заплутаний з атомом на квантовому рівні.

Наступними кроками були захоплення цього фотона світла, перетворення його у фотон S-діапазону і напрямок його в оптичне волокно довжиною 20 кілометрів. Зазначимо, що світло S-діапазону здатний пройти по оптоволокну і трохи більшу відстань, перш ніж він буде ослаблений або спотворений, що призведе до втрати укладеної в ньому квантової інформації. Прикордонна довжина оптоволоконної лінії призвела до того, що на його виході заплутаність з атомом рубідію зберігали лише 78 відсотків фотонів світла.

Зараз німецькі вчені працюють над прийомним вузлом, в якому фотони світла передадуть квантова заплутаність і укладену в них квантову інформацію іншого атома рубідію, вміщеного в такі ж умови, як і атом на іншому кінці лінії. Цей вузол буде встановлений в лабораторії Інституту Оптики Макса Планка в Мюнхені, який знаходиться на відстані 20 кілометрів від Мюнхенського університету.

І, зрештою, для того, щоб зробити з усього цього реально працюючий квантовий комунікаційний канал, німецьким вченим належить розробити і реалізувати відповідну для цього технологію виявлення і виправлення помилок. Ця задача є досить складною, але її рішення - це необхідний крок для створення практичних систем, здатних транслювати стан квантової заплутаності від одного стаціонарного кубіта до іншого на відстані, які обчислюються багатьма десятками і сотнями кілометрів.