Учёные из Германии впервые в мире провели квантовую телепортацию поляризационного состояния фотона между частицами, созданными в разных установках. Это достижение открывает новые возможности для построения квантового интернета, для которого ранее не существовало надёжной основы в виде квантовых ретрансляторов. Невозможность перехватить квантовое состояние, не нарушив его, является одновременно и ключевым преимуществом, и серьёзным технологическим ограничением.
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4.1/3DNews
Об успехе сообщила исследовательская группа из Штутгартского университета, Университета Саара и Дрезденского института имени Лейбница. Специалисты создали полупроводниковый источник фотонов, который обеспечивает высокую стабильность ключевых параметров этих квантов электромагнитного излучения: частоты, фазы, поляризации и других. Затем квантовые точки были разнесены на 10 метров и соединены стандартным оптоволокном. Целью эксперимента была передача квантового состояния от фотона в одной точке к фотону, сгенерированному в удалённом источнике.
Основная сложность заключается в том, что телепортация возможна только между запутанными частицами, которые должны быть абсолютно идентичны и произведены одним источником. Считывание квантового состояния на промежуточном ретрансляторе приводит к его разрушению, что ставит под вопрос саму идею квантовой криптографии как метода защищённой передачи данных. Передача состояния между фотоном источника и фотоном ретранслятора без его уничтожения стала бы прорывом, особенно с учётом того, что в оптоволокне сигнал затухает уже через несколько десятков километров.
Немецкие исследователи предложили оригинальное решение этой проблемы. Они направили квантовое состояние поляризации фотона на ретранслятор, который излучил пару запутанных фотонов. Один фотон из этой пары был пропущен через нелинейный оптический канал, чтобы устранить даже малейшие различия в характеристиках между фотоном от источника и фотоном от ретранслятора. В первую очередь требовалось добиться идеального совпадения несущей частоты частиц.
После этого фотон от источника и фотон от ретранслятора были направлены в схему измерения белловского состояния, где поляризация исходного фотона — то есть целевой квантовый сигнал — была перенесена на фотон ретранслятора. Поскольку у этого фотона имелся запутанный «близнец», та же квантовая информация передалась и ему. В результате на стороне ретранслятора появился фотон с идентичным исходному квантовым состоянием (поляризацией в суперпозиции).
Благодаря этому подходу при переносе квантового состояния коллапс волновой функции удалось избежать, и квантовую информацию стало возможным передавать далее с использованием фотона от второго источника. В настоящее время квантовые точки излучают фотоны, чьи характеристики недостаточно идентичны, что позволяет осуществлять передачу лишь в 70 % случаев. Исследователи намерены усовершенствовать технологию изготовления полупроводниковых квантовых точек, чтобы максимально приблизиться к идеальным показателям.
