Naukowcy z QuTech pracują nad kwantową teleportacją

Kwantowa teleportacja coraz bliżej. Ważne osiągnięcie holenderskich naukowców

Kwantowa teleportacja coraz bliżej. Holenderscy naukowcy przesłali informację przez podstawową sieć, co jest ważnym krokiem w kierunku stworzenia kwantowego internetu.

Zespół naukowców z Uniwersytetu Technicznego w Delft i Holenderskiej Organizacji Stosowanych Badań Naukowych (TNO) – QuTech – dokonał ważnego osiągnięcia w temacie teleportacji kwantowej. Był on możliwy dzięki znacznemu ulepszeniu pamięci kwantowych i poprawie jakości połączeń między trzema węzłami sieci. Szczegóły opisano w Nature.

Możliwość przesyłania informacji kwantowych (kubitów) między węzłami sieci umożliwi różnego rodzaju zastosowania, takie jak bezpieczne przekazywanie poufnych danych, łączenie kilku komputerów kwantowych w sieć oraz zastosowanie precyzyjnych czujników kwantowych.

Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać

Węzły sieci kwantowej składają się z małych procesorów, a przesyłanie informacji między nimi nie jest łatwym zadaniem. Jedną z możliwości jest przesyłanie kubitów za pomocą cząstek światła, ale wtedy dochodzą straty w światłowodach, zwłaszcza na dużych odległościach i wiele cząstek prawdopodobnie nie dociera do celu. Zgodnie z zakazem kopiowania, niemożliwe jest kopiowanie kubitów, więc utrata cząstki oznacza utratę samej informacji.

Teleportacja kwantowa oferuje inny sposób przesyłania informacji i opiera się na zjawisku splątania. Aby teleportować kubity, potrzeba kilku elementów: kwantowego splątania między nadawcą a odbiorcą, niezawodnej metody odczytu oraz możliwości tymczasowego przechowywania bitów. Badania przeprowadzone przez naukowców z QuTech wykazały, że możliwe jest teleportowanie kubitów między dwoma węzłami, które ze sobą nie sąsiadują. Teleportowali kubity z węzła „Charlie” przez węzeł „Bob” do węzła „Alice”.

Trzy etapy teleportacji

Teleportacja to proces trójetapowy. W pierwszej kolejności konieczne jest przygotowanie nadajnika i odbiornika, co oznacza, że Charlie i Alice musiały zostać ze sobą splątane (bez bezpośredniego połączenia fizycznego). Warto wspomnieć, że w zarówno Charlie, jak i Alice są połączone z Bobem. Drugim krokiem jest utworzenie „wiadomości”, czyli bitu kwantowego, który ma zostać teleportowany. Może to być zarówno klasyczne „0”, jak i „1”, ale także bardziej złożona informacja. Etap trzeci to faktyczna teleportacja – w tym celu Charlie przeprowadza pomiar wiadomości w swoim procesorze kwantowym i ma połowę stanu splątanego (drugą połowę Alice). W wyniku tego procesu, informacja znika po stronie nadajnika (Charlie) i pojawia się po stronie odbiornika (Alice).

To jeszcze nie koniec, bo przed teleportacją bit kwantowy został zaszyfrowany. Klucz jest określony przez wynik pomiaru wykonywanego przez nadajnik Charlie. Teraz naukowcy próbują odwrócić pierwszy i drugi krok protokołu teleportacji. Oznacza to, że najpierw należy utworzyć bit kwantowy, który zostanie przesłany, a dopiero później przygotować nadajnik i odbiornik. Takie odwrócenie kolejności jest trudne, ponieważ informacja kwantowa, która ma być teleportowana, musi być przechowywana w czasie, gdy tworzone jest splątanie.