Германски учени с пробив в създаването на квантови ретранслатори за „заплетен“ интернет

Екип от учени от Германия е осъществил първото в света квантово телепортиране на състоянието на поляризация на фотон между фотони от различни източници. Това е пробив в създаването на квантовия интернет, за който досега нямаше надеждна база под формата на ретранслатори на квантови сигнали. Квантовите състояния не могат да бъдат прихванати без разрушаване, което е едновременно предимство и ограничение за тази технология.

Разработката е осъществена с участието на учени от Щутгартския университет, Саарбрюкенския университет и Института „Лайбниц“ в Дрезден. Те са разработили полупроводников източник на фотони с висока степен на повторяемост на характеристиките на тези кванти на ЕМ лъчение: честота, фаза, поляризация и други. След това учените разпръснали квантовите точки на разстояние 10 метра и ги свързали с конвенционално оптично влакно. Идеята е била да се прехвърли квантовото състояние на един фотон към друг – от отдалечен източник.

Проблемът се състои в това, че квантовите състояния се телепортират само между заплетени частици, за което те трябва да са напълно идентични и да идват от един източник. Да се прочете квантово състояние в условията на условен повторител на линия означава то да се унищожи, което едновременно лишава от смисъл квантовата криптография като метод за сигурно предаване на данни. Предаване на квантово състояние без неговото унищожаване между фотоните на източника и повторителя – това би било пробив, защото в гръбнака на оптичния сигнал самият той избледнява след няколко десетки километра.

Изследователите от Германия решиха проблема по оригинален начин. Те прехвърлиха квантовото състояние в поляризацията на фотона към ретранслатора, който излъчил двойка заплетени фотони.

Единият фотон от двойката бил пропуснат през нелинеен оптичен канал, за да се изгладят дори минималните разлики в характеристиките на фотона от източника и от повторителя. На първо място, ставаше въпрос за перфектно съчетаване на носещата честота на фотоните. След това фотонът от източника и фотонът от ретранслатора преминали през веригата за измерване на състоянието на Бел, където поляризацията на оригиналния фотон (желания квантов сигнал) се прехвърлил върху фотона на ретранслатора.

Тъй като последният имал заплетен близнак, същото квантово кодиране се предало и на него. По този начин на ретранслатора се появил фотон със същото квантово състояние (поляризация в суперпозиция), както на първоначалния фотон. В резултат на тези действия при предаването на квантовото състояние не настъпвал колапс на вълновата функция и квантовите данни можели да се предават по-нататък вече чрез фотон от втория източник. Засега квантовите точки излъчват фотони, които не са достатъчно сходни по свойства и прехвърлянето се осъществява в 70% от случаите. Учените обещават да подобрят технологията за производство на полупроводникови квантови точки, за да се доближат максимално до съвършенство.