Вчені вперше здійснили квантову телепортацію одразу по 100 каналах

Китайські фізики вперше продемонстрували квантову телепортацію одночасно по 100 незалежних оптичних каналах. Щоб наочно показати можливості системи, дослідники закодували квантову інформацію у вигляді зображення букви Q на сітці 10 на 10 елементів і після телепортації успішно відновили малюнок. Результати роботи можуть наблизити створення квантових мереж із суттєво більшою пропускною здатністю.

Експеримент провела група під керівництвом Цзетая Цзіна зі Східнокитайського педагогічного університету. Дослідники сформували масив із 100 просторових мод світла, кожна з яких слугувала окремим незалежно керованим каналом для передачі квантового стану. Для створення масиву використовували програмоване голографічне формування світла.

Квантова телепортація — це не перенесення фізичного об’єкта й не миттєва передача речовини. Суть процесу полягає в тому, що квантовий стан системи відтворюється в іншій точці за допомогою заздалегідь розподіленої квантової заплутаності та додаткового каналу зв’язку. При цьому вихідний стан не копіюється — він зникає в одному місці й з’являється в іншому.

Одна з головних проблем масштабування цієї технології — невелика кількість каналів у більшості попередніх дослідів. До цього часу квантова телепортація, як правило, виконувалася для одного або кількох станів. Майбутнім квантовим мережам знадобиться одночасно обробляти значно більші обсяги квантової інформації, тому паралельна робота з сотнею каналів є якісним стрибком.

Окремою перевагою установки стала повністю оптична схема обробки результатів між етапами протоколу. Замість окремої електронної системи для кожного каналу дослідники реалізували паралельну обробку всього масиву одночасно. Завдяки цьому збільшення кількості каналів не призводить до різкого ускладнення обладнання.

Для перевірки роботи системи телепортувалися не пікселі цифрової картинки, а квантові стани оптичного поля в кожній із 100 мод — насамперед інформація про амплітуду та фазу поля. Всі 100 станів передавалися паралельно, після чого на приймальному боці дослідники відновили просторовий розподіл світла, і зображення букви Q сформувалося знову. Середня точність відтворення квантових станів склала близько 0,60 при максимально можливому значенні 1, тоді як класична межа без використання квантової заплутаності становить близько 0,52. У всіх 100 каналах результат перевищив цю класичну межу, що підтверджує справжню квантову природу передачі.

Наразі установка залишається лабораторним експериментом і поки що не є готовим каналом квантового зв’язку на великі відстані. Подальше масштабування потребуватиме потужніших джерел світла та збереження достатньої якості заплутаності для ще більшої кількості каналів. Проте якщо кількість паралельних каналів вдасться збільшити без суттєвої втрати точності, подібні системи стануть одним зі способів підвищення пропускної здатності квантових мереж для з’єднання квантових комп’ютерів і розподілених обчислень.