Экспериментально доказана телепортация

Технологии из фантастических кинофильмов продолжают развиваться пока что в лабораторных условиях, однако, уже достигнуты существенные успехи в этой области. Сегодня ученые вовсю работают над квантовым перемещением, делая первые шаги в направлении транспорта будущего.

Если еще 15 лет назад процесс телепортации казался интригующим элементом фантастического жанра, то сегодня ученые-ядерщики уже успешно проводят квантовую телепортацию иона иттербия на расстояние одного метра. Впервые это удалось специалистам из Объединённого института квантовой физики университета Мэриленда, сообщает membrana.ru.

Ранее аналогичный "трюк" с атомами удавалось проделать с расстоянием передачи лишь в несколько микрометров, а частицы находились в одной ловушке. Теперь же квантовая телепортация атомов между двумя разными ловушками знаменует важный шаг в этой области физики.

Речь идёт, разумеется, о переправке квантового состояния иона, а не его самого непосредственно. Однако поскольку исходное квантовое состояние оригинального иона в ходе передачи разрушается, а квантовое состояние у иона-получателя становится в точности таким, каким оно было у первого атома, можно в некотором роде говорить о телепортации частицы. Ведь атом на месте отправителя (до начала опыта) и атом на месте получателя (по его окончании) в таком случае идентичны.


В начале эксперимента ионы (назовем их А и Б) находились в одном из основных состояний. Затем на ион А направлялось микроволновое излучение, испускаемое одним из электродов; в результате кубит оказывался в некоторой суперпозиции своих собственных состояний (происходила запись информации для передачи). Сразу после этого оба иона возбуждались лазерным импульсом пикосекундной длительности. Возврат в одно из основных состояний — «значений» кубита — проходил с испусканием фотонов, «цвет» которых (красный или синий), соответствовавший разным длинам волн, однозначно определял конкретное значение. Затем фотоны с помощью линз направлялись по оптоволоконному кабелю к светоделительному элементу; при попадании на него каждая частица могла либо отразиться, либо пройти напрямую (вероятности этих событий одинаковы). По обеим сторонам светоделителя располагались детекторы.

До попадания на светоделитель каждый из фотонов находился в неизвестной суперпозиции состояний, однако в детекторе могли быть зарегистрированы уже только четыре различных вида частиц, соответствующих цветовым комбинациям «синий-синий», «синий-красный», «красный-синий» и «красный-красный», и лишь в одном из указанных вариантов фотоны одновременно достигают обоих детекторов. В этом случае определить, какому иону «принадлежит» данный квант света, становится невозможно (не хватает информации о том, отразился фотон от светоделителя или прошел насквозь). Такая неопределенность и сигнализирует о том, что квантовые состояния ионов оказались связаны.

Достигнув этого результата, ученые определили состояние иона А. В полном соответствии с законами квантовой механики, измерение вывело его из суперпозиции в некоторое определенное состояние, причем ион Б при этом принял противоположное «значение». Зная выходное состояние кубита А, исследователи установили параметры микроволнового импульса, при воздействии которым на кубит Б из него извлекалась информация, записанная на первой стадии эксперимента. На этом процесс телепортации завершился.


Хотя ранее учёные не раз демонстрировали квантовую телепортацию фотонов с расстоянием передачи во много километров, для целых ионов выполнить такой опыт — намного тяжелее. Дело в том, что фотоны от ионов иттербия попадали в свои оптические кабели крайне редко — один раз на 100 миллионов штук. На практике это потребовало трёх недель круглосуточно работающей установки, за которой следили аспиранты, вылавливая нужные данные. Тем не менее результат оказался впечатляющим.

В перспективе, говорят физики, на этом принципе можно будет строить квантовые сети, используемые для передачи "невскрываемых" квантовых шифров или связи квантовых компьютеров между собой.