Японские ученые совершили прорыв в создании квантового интернета и телепортации

Учёные из Киотского университета и Хиросимского университета разработали инновационный метод анализа W-состояния квантовой запутанности. Это явление, остававшееся загадкой на протяжении десятилетий, наконец-то получило объяснение. Новое достижение открывает перспективы для развития квантовой телепортации и современных вычислительных технологий.

Феномен квантовой запутанности был впервые описан в 1935 году Альбертом Эйнштейном, Борисом Подольским и Натаном Розеном. Эйнштейн назвал это явление «жутким действием на расстоянии», подразумевая, что состояние одной частицы может мгновенно влиять на состояние другой, независимо от расстояния между ними. Эти принципы, противоречащие классической физике, легли в основу технологий нового поколения, таких как сверхзащищённые коммуникационные сети, квантовые вычисления и телепортация квантовой информации.

Квантовая телепортация не означает мгновенного перемещения объектов, как в научно-фантастических произведениях. Она подразумевает передачу квантовой информации между частицами, например, фотонами, с использованием квантовой запутанности. До недавнего времени традиционные методы квантовой механики значительно усложняли проверку «состояния» множественных фотонов, что делало подобные эксперименты чрезвычайно сложными.

Исследователи уже изучали определённые запутанные состояния, такие как состояние Гринбергера-Хорна-Цайлингера (GHZ). Однако до настоящего момента не существовало практического способа идентифицировать или измерить W-состояние — другой ключевой тип многофотонной запутанности.

Учёные из Киотского и Хиросимского университетов разработали новую технику запутанных измерений с использованием фотонных квантовых схем и квантового преобразования Фурье. Они сосредоточились на циклической симметрии сдвига W-состояния. «Спустя более 25 лет после первоначальной идеи о запутанном измерении для состояний GHZ, мы наконец получили его и для W-состояния, включая экспериментальное подтверждение для трёхфотонных систем», — сообщил Шигэки Такэути, ведущий автор исследования.

Новый метод позволяет идентифицировать W-состояния за одно измерение, без необходимости многократных повторений. В тестах с группами из трёх запутанных фотонов команда продемонстрировала, что их устройство надёжно отличает различные типы состояний. Система показала стабильность, способность работать автономно в течение длительного времени и обеспечивать точностные результаты.

Это открытие имеет огромное значение. Оно может дать мощный импульс развитию квантовой телепортации — передачи информации без движения физических частиц. Также оно может ускорить прогресс в области измерительной квантовой вычислительной техники, которая станет основой будущих вычислительных систем.

Среди потенциальных применений — защищённые коммуникационные сети для правительств, банков и критической инфраструктуры, мощное имитационное моделирование в медицине, климатологии и материаловедении, а также создание глобального квантового интернета.

Такэути отметил, что для ускорения исследований и разработок в области квантовых технологий важно углублять понимание базовых концепций. Этот прорыв приближает науку к раскрытию полного потенциала квантовых технологий.