Zespół fizyków z East China Normal University zaprezentował architekturę, która przełamuje to ograniczenie. W pracy opublikowanej na łamach Physical Review Letters badacze opisali udaną, jednoczesną teleportację stanów kwantowych za pośrednictwem 100 przestrzennie rozdzielonych kanałów optycznych, przesyłając równolegle zakodowany wzorzec graficzny w kształcie litery „Q” z wiernością przewyższającą klasyczne limity.
Eksperyment oparto na komunikacji kwantowej zmiennych ciągłych (continuous-variable quantum communication). Zamiast wykorzystywać multipleksowanie orbitalnego momentu pędu (OAM) lub wielu stopni swobody, badacze postawili na naturalnie separowalne mody przestrzenne. Sercem układu stał się programowalny przestrzenny modulator światła (SLM), który za pomocą komputerowo generowanych hologramów uformował wiązkę wejściową w regularną matrycę 10 × 10, tworząc sto niezależnych, rekonfigurowalnych ścieżek optycznych.
Kluczowym wyzwaniem było jednoczesne wygenerowanie wielomodowego splątania kwantowego i równoległe przetworzenie wszystkich kanałów bez konieczności stosowania setek osobnych detektorów. W tym celu naukowcy wykorzystali nieliniowe zjawisko mieszania czterofalowego (FWM) w gorących parach rubidu, formując wiązkę pompy w jednorodny profil o spłaszczonym wierzchołku (top-hat).
Dzięki precyzyjnemu dopasowaniu warunków fazowych dla całej siatki 10 × 10, pojedynczy ośrodek FWM wygenerował sto par splątanych wiązek Einsteina-Podolsky’ego-Rosena (EPR). Po stronie odbiorczej zastosowano w pełni optyczną pętlę sprzężenia w przód (optical feedforward), która zrealizowała niezbędne operacje przesunięcia fazowego równolegle na całej matrycy.
Głównym czynnikiem ograniczającym rozmiar siatki do 100 modów była dostępna moc lasera pompującego niskoszumny wzmacniacz parametryczny. Zastosowanie wzmacniaczy stożkowych (tapered amplifiers) oraz mocniejszych źródeł światła pozwoli w przyszłości na dalsze skalowanie architektury. Sukces chińskiego zespołu dowodzi, że w pełni optyczne, równoległe manipulowanie przestrzennie kodowanymi stanami kwantowymi jest możliwe, otwierając drogę do wielowęzłowych sieci kwantowych, rozproszonych obliczeń oraz wielokanałowego transferu danych o niespotykanej dotąd gęstości upakowania.
