Учёные телепортировали фотон на 270 метров

Международная группа исследователей, в которую вошли учёные из Университета Падерборна, достигла важной вехи на пути к созданию квантового интернета. Впервые им удалось телепортировать состояние поляризации одного фотона из одной квантовой точки в другую, физически удалённую от неё. Проще говоря, это означает, что свойства одного фотона были переданы другому посредством квантовой телепортации.

Это достижение является ключевым шагом для будущих сетей квантовой связи. В эксперименте исследователи использовали оптическую линию связи в свободном пространстве длиной 270 метров для соединения двух систем.

В Университете Падерборна докторанты и постдокторанты около десяти лет работали над оптическими измерениями, анализом данных и их оценкой. В течение этого времени группа профессора Клауса Йёнса тесно сотрудничала с командой под руководством профессора Ринальдо Тротта из Римского университета «Сапиенца».

«Этот эксперимент наглядно демонстрирует, что квантовые источники света на основе полупроводниковых квантовых точек могут стать ключевой технологией для будущих сетей квантовой связи. Успешная квантовая телепортация между двумя независимыми квантовыми излучателями представляет собой важный шаг на пути к созданию масштабируемых квантовых ретрансляторов и, следовательно, к практической реализации квантового интернета», — пояснил профессор Йёнс, руководитель исследовательской группы «Гибридные фотонные квантовые устройства» и член правления Института фотонных квантовых систем (PhoQS) Университета Падерборна.

Запутанные системы, состоящие из множества квантовых частиц, предлагают значительные преимущества для технологий связи. Вместо того чтобы полагаться на одно состояние, определяемое одним фотоном, эти системы создают взаимосвязанные состояния между множеством частиц. Этот подход имеет решающее значение для применений в области безопасной связи, обработки данных и квантовых вычислений.

Запутанность связывает определённые свойства фотонов, позволяя им обмениваться информацией. «Раньше эти фотоны поступали из одного и того же источника, то есть от одного и того же излучателя. Хотя в последние годы был достигнут значительный прогресс, использование отдельных квантовых излучателей для реализации квантовой ретрансляции между независимыми сторонами ранее оставалось недостижимым», — отметил профессор Йёнс.

Около десяти лет назад профессора Йёнс и Тротта разработали план использования квантовых точек в качестве источников запутанных пар фотонов в системах связи и телепортации. Их последний успех подтверждает, что этот долгосрочный подход оправдал себя.

Этот прорыв стал возможен благодаря вкладу нескольких исследовательских центров по всей Европе. Квантовые точки были изготовлены в Университете имени Иоганна Кеплера в Линце, а нанорезонаторы сделали партнёры из Университета Вюрцбурга. Сами эксперименты по телепортации проводились в Римском университете «Сапиенца», где учёные соединили два здания с помощью 270-метровой оптической линии связи.

В системе использовалась синхронизация с помощью GPS, сверхбыстрые детекторы одиночных фотонов и методы стабилизации для компенсации атмосферной турбулентности. Достигнутая точность воспроизведения состояния при телепортации (то есть качество сохранения квантовых состояний) составила 82 ± 1%, что превышает классический предел более чем на 10 стандартных отклонений.