Исследователи добиваются телепортации квантовой информации между неподключенными узлами
Создав первую многоразмерную квантовую сеть, голландские физики из института Qutech впервые показали, что квантовая информация может надежно передаваться между узлами сети, которые не связаны друг с другом напрямую.
Содержание статьи:
Будущие приложения квантового интернета будут основаны на возможности обмена квантовой информацией (кубитами) по сети. Это позволит использовать несколько квантовых компьютеров в сочетании с увеличенной вычислительной мощностью или использовать высокоточные связанные квантовые датчики, со всеми видами применения, включая безопасный обмен информацией. Узлы таких квантовых сетей состоят из небольших квантовых процессоров.
Они могут быть соединены обычным оптическим волокном, но качество или верность соединения ограничивается потерей фотонов в волокне (особенно на больших расстояниях). Квантовая телепортация обеспечивает наилучший метод надежной передачи квантовой информации между удаленными узлами, даже когда сетевое соединение имеет потери. Однако до сих пор никому не удавалось обмениваться квантовой информацией между двумя узлами, не подключенными напрямую к сети.
Трехступенчатая телепортация
Как вы можете себе представить, при квантовой телепортации подсказка исчезает на передающем конце и вновь появляется на принимающем, не проходя через промежуточное пространство. Таким образом, исключается возможность потери маленькой подсказки. Однако телепортация требует наличия квантовой сложной связи между отправителем и получателем, надежного способа считывания квантового процессора и возможности временного хранения битов подсказки.
В 2021 году та же команда исследователей успешно построила первые в мире три Yeed Quantum Networks — сеть из трех соединенных квантовых процессоров. Эти узлы были расположены далеко друг от друга в одном здании. Один из них (по имени Боб) был физически соединен (через оптоволокно) с двумя другими (Алисой и Чарли), чтобы каждый мог установить прерванное соединение (у каждого узла был коммуникационный бит). У Боба был дополнительный бит cue, который выполнял функцию памяти. До сих пор создавались новые связи, а ранее созданные квантовые отношения могли поддерживаться.
Читайте также: Ученые разработали сверхточный квантовый хронометр
Атомное время, разработанное в 1950-х годах, до сих пор является самым точным устройством для измерения времени. Группа ученых из Уппсаласского..
После установления квантовых связей Алиса-Боб и Боб-Чарли серия квантовых манипуляций создала квантовую связь Алиса-Чарли, и исследователи QuTech установили запутанность между тремя узлами, продемонстрировав возможность телепортации реплик битов между двумя соседними узлами. Они продемонстрировали возможность телепортации реплик битов между двумя соседними узлами. Они первыми добились телепортации между несмежными узлами. Используя промежуточный узел Боба, они телепортировали кубиты с узла Чарли на узел Алисы.
Для этого потребовалось три этапа. Во-первых, между Алисой и Чарли должна была быть установлена квантовая запутанность, как объяснялось выше. Во-вторых, нужно было создать телепортируемый квантовый бит. Далее следовал этап телепортации от Чарли к Алисе. Работая вместе, исследователи измерили кбит Чарли (передатчик) и половину его запутанного состояния (вторая половина — состояние Алисы). Это измерение привело к телепортации квантового состояния кубита. Информация исчезла со стороны Чарли и вскоре снова появилась на стороне Алисы (получателя).
Процедура с высокой степенью достоверности
Обратите внимание, что в конце Алиса показывает квантовое состояние в зашифрованном виде. Ключ шифрования определяется из измерений Чарли; Чарли посылает измерения Алисе. Затем Элис может расшифровать куб. Как только это будет сделано, квантовая информация может быть использована. Исследователи сообщают, что Элис смогла восстановить квантовое состояние с точностью 71%. Этот эксперимент кратко описан в этом видео от QTECH.
Чтобы добиться такой телепортации, исследователи усовершенствовали экспериментальную установку несколькими способами, начиная с системы обнаружения. Ранее сигналы, указывающие на разрушение, могли быть отнесены к той же фототерапии, которую обнаруживали фотоны, используемые для разрушения, что приводило к ложным сигналам. Команда установила дополнительные пути обнаружения, чтобы устранить эти ложные сигналы. Она также улучшила процедуру считывания кубика и ввела активную защиту кубика памяти в случае сбоя.
Теперь команда планирует увеличить количество кубиков памяти для выполнения более сложных протоколов. Они также планируют активировать систему за пределами лаборатории через оптоволокно в реальной сети.
Между тем, дальнейшие исследования направлены на то, чтобы отменить шаги 1 и 2 протокола телепортации. Это означает, что команда сначала попытается создать бит подсказки телепортации, прежде чем подготовиться к выполнению телепортации. Это оказывается особенно сложной задачей. Это связано с тем, что квантовая информация, которую необходимо телепортировать, должна быть неупорядоченной. Такой подход имеет значительные преимущества, поскольку телепортация в этом случае может быть выполнена только «по требованию».
