Впервые в мире проведена квантовая телепортация

Ученые из Великобритании и Дании провели первую в мире квантовую телепортацию — смогли передать квантовое состояние частицы между двумя чипами. Это должно стать краеугольным камнем для технологий квантовой связи. Точность передачи данных составила 91%.



Кодирование в свете

Ученые из Бристольского университета в Великобритании и Датского технического университета создали устройства наподобие чипов, которые способны генерировать и манипулировать отдельными частицами света в программируемых наноразмерных схемах, реализуя таким образом законы квантовой физики. Об этом сообщил Бристольский университет на своем сайте. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics.

Эти чипы способны кодировать квантовую информацию в свете, который генерируется внутри схемы, и могут обрабатывать эту информацию с высокой эффективностью и чрезвычайно низким уровнем шума. Изобретение должно помочь человечеству перейти к созданию более сложных схем для квантовых вычислений и коммуникаций, чем те, которые существуют на сегодняшний день.


Квантовая телепортация

В одном из самых прорывных экспериментов исследователи из Лаборатории квантовых инженерных технологий Бристольского университета (QET Labs) впервые продемонстрировали квантовую телепортацию информации между двумя программируемыми микросхемами. Они отмечают, что это должно стать краеугольным камнем для технологий квантовой связи.

Данная телепортация представляет собой передачу квантового состояния частицы из одного места в другое с помощью так называемого квантового запутывания, при котором квантовые состояния нескольких частиц зависят друг от друга. Установление запутанной линии связи между двумя чипами оказалось весьма непростой задачей, даже в лабораторных условиях.


Схема передачи квантового состояния от одной частицы к другой при телепортации

По словам одного из авторов исследования — Дэна Ллевеллина (Dan Llewellyn) из Бристольского университета — изначально фотоны в каждом чипе находились в одном квантовом состоянии. Затем каждый чип был запрограммирован для проведения ряда манипуляций с использованием запутывания. В основном эксперименте были задействованы две микросхемы. Между ними удалось передать индивидуальное квантовое состояние частицы после проведения квантовых измерений.

В ходе измерений использовался феномен квантовой физики, при котором одновременно разрушается запутанная связь, а состояние частицы передается другой частице, уже находящейся в чипе-приемнике.

Другой соавтор работы, профессор Имад Фарук (Imad Faruque), также из Бристольского университета, добавил, что в итоге была создана еще более сложная схема, содержащая четыре однофотонных источника. Все источники были проверены и признаны практически идентичными, то есть испускающими почти одинаковые фотоны, что чрезвычайно важно для обмена запутыванием. Точность квантовой телепортации составила 91%.

Кроме того, исследователи смогли продемонстрировать некоторые другие важные функциональные возможности своих чипов. К ним относятся перестановка запутывания (требуется для квантовых повторителей и квантовых сетей) и четырехфотонные гигагерцные состояния (требуются в квантовых вычислениях и квантовом интернете).

Зачем нужны квантовые технологии

Современные компьютеры достаточно успешно работают с большими массивами данных, находя в них алгоритмы и отдельные сведения. Но там, где закономерность не прослеживается из-за недостатка информации, или, наоборот, из-за слишком большого ее объема, традиционные системы не могут помочь. Однако с этими задачами могут справиться квантовые вычислительные системы, превосходство которых над традиционными было неоднократно доказано.

Квантовые вычисления можно применить для решения проблем моделирования в области химии, поскольку традиционная техника не может, например, смоделировать квантовые состояния даже простой молекулы из-за их большого количества. Компании вроде IBM уже разработали методики, позволяющие исследовать симуляцию химических задач с помощью квантовых процессоров. В перспективе на квантовых компьютерах можно будет осуществлять моделирование сложных молекул и высокоточное предсказание химических свойств.

Квантовые приложения в дальнейшем могут быть использованы для создания новых медикаментов, поскольку с их помощью можно моделировать сложные молекулярные и химические реакции. Также они найдут применение в глобальной логистике, где помогут в построении каналов поставок в наиболее загруженные периоды — например, в праздничный сезон. В сфере инвестиций квантовые инструменты применимы для моделирования финансовых данных и ликвидации факторов риска в процессе инвестиций.

Кроме того, они дадут возможность осуществлять поиск по чересчур большим массивам данных с помощью усиленного искусственного интеллекта, что пригодится при поиске изображений или видео. Также квантовые алгоритмы смогут повысить безопасность облачных вычислений и конфиденциальной информации за счет законов квантовой физики.