Vedci prekonávajú vzdialenosť pre kvantovú teleportáciu

Anonim

Vedci prekonávajú vzdialenosť pre kvantovú teleportáciu

fyzika

Colin Jeffrey

24. septembra 2015

2 obrázky

Vedci v NIST teleportovali kvantové informácie na vzdialenosť viac ako 100 km, štyrikrát ďaleko od predchádzajúceho záznamu (Credit: Shutterstock)

Pre kvantovú teleportáciu informácií cez optické vlákna bola nastavená nová vzdialenosť záznamu. Výskumníci pracujúci v Národnom inštitúte pre normy a technológie (NIST) tvrdia, že odovzdali kvantovú informáciu prenášanú v ľahkých časticiach viac ako 100 kilometrov, čo je štyrikrát dlhšie než predtým.

Prielomy v kvantovej fyzike sa naďalej zrýchľujú, keďže už ukázali praktický potenciál kvantovej kryptografie a čoraz viac sa pokúšali dosiahnuť pokrok smerom k silným každodenným kvantovým počítačom. Tento nový záznam nastavený spoločnosťou NIST pridáva k tomuto hybnosti schopnosť prenášať kvantovú informáciu o stave oveľa ďalej, než sa predtým považovalo za uskutočniteľné.

Podľa vedcov táto schopnosť bola možná len prostredníctvom postupu vlastných detektorov single-photon NIST vyrobených v laboratóriu v Colorade. S využitím supravodivých nanočasí vytvorených z molybdénového kremíka sú tieto detektory tak citlivé, že dokážu zaznamenať príchod viac ako 80 percent prenášaných fotónov, a to dokonca aj po cestách viac ako 100 km - bez opotrebovania optických vlákien.

"Len asi 1 percenta fotónov prináša celú cestu cez 100 km vlákien, " povedal NIST Marty Stevens. "Nikdy sme nemohli tento experiment robiť bez týchto nových detektorov, ktoré dokážu merať tento neuveriteľne slabý signál."

V tomto konkrétnom pokuse vedci použili kvantové stavy na presné uvedenie, kedy v usporiadaní časových úsekov prišiel jeden fotón. Týmto spôsobom boli informácie uložené ako qubit (kvantový bit) zakódované ako druh "časovej značky". Na tento účel bol vydaný jeden fotón, ktorý potom mal dve dráhy na cestovanie nadol. Jedna bola krátka a druhá značne dlhšia. Cesta, ktorú fotón cestoval, bol však úplne náhodný a každá cesta určila čas - "časné" alebo "neskoro" -, pri ktorom sa objavil fotón.

Pretože stav fotónov je úplne náhodný, môžu byť v jednom z dvoch časových stavov. Ak v dôsledku času jazdy bude fotón "vo fáze", kde je superpozícia stavov rovnaká, potom sa vrcholy vlny vyrovnajú a signál prejde. Ak sú na druhej strane mimo fázy, potom sa vrcholy vyrovnajú s žľabmi vlny a budú sa navzájom účinne vyrušovať.

Prvým krokom teleportácie je generovanie fotónu v superpozícii všetkých možných stavov. Potom sa vyhodí do krištáľového rozdeľovača, kde sa fotón rozštiepi na dva zapletené fotóny (ktorými sú fotóny NIST dub "helper " a "output "). Druhý fotón (náhodne zakódovaný s "neskorým " alebo "časným " časovým hlásením) sa generuje súčasne a zapálí sa do rozdeľovača lúčov presne tak, ako príde fotón "pomocníka". Dva detektory v tomto bode zisťujú, či pomocný fotón a vstupný fotón sú vo fáze alebo z fázy.

Pretože pomocný fotón je zapletý s výstupným fotónom, keď výstupný fotón dosiahne koniec svojej dlhej cesty smerom nadol k optickému vláknu, mal by doraziť na koniec detektora, ktorý zrkadlí stav jeho zapleteného dvojča. Týmto spôsobom môže byť určená superpozícia zapletenej dvojice - vo fáze / mimo fázy, aby sa overilo, že stavy zostali neporušené a dáta tohto stavu boli účinne prenášané.

Pred týmto výskumom sa v prostriedku na prenos vlákien stratilo veľa kvantových informácií, čo znamená, že rýchlosti prenosu údajov a dosiahnuteľné vzdialenosti boli nízke. Predchádzajúce pokusy o vyriešenie tohto problému hľadali odpoveď v takých veciach, ako sú mimoriadne zložité kvantové pamäťové systémy, ktoré by mohli krátko ukladať a potom opätovne prenášať kvantové dáta bez narušenia jemne naviazaných kvantových spinových stavov.

Nová metóda teleportácie môže podľa výskumníkov vyhnúť potrebe takýchto systémov ukladania dát tým, že poskytne dlho hľadanú schopnosť pridať určitý typ zosilňovača / zosilňovača do optickej siete, ktorá by napodobňovala tie, ktoré sa už používajú v súčasných svetelných komunikačných systémoch. Tiež sa domnievajú, že to môže raz pomôcť vybudovať typ "kvantového internetu", kde obrovské množstvo týchto zariadení periodicky odošle dáta tak, aby takúto sieť takmer nekonečne rozšírili.

Výsledky tohto výskumu boli nedávno publikované v časopise Optica .

Zdroj: NIST

Informačný údaj o experimentálnom nastavení NIST (Kredit: NIST)

Vedci v NIST teleportovali kvantové informácie na vzdialenosť viac ako 100 km, štyrikrát ďaleko od predchádzajúceho záznamu (Credit: Shutterstock)