Коллектив учёных из Университета Штутгарта (Германия) достиг значимого рубежа в продвижении к полноценному квантовому интернету. Впервые продемонстрирована передача квантового состояния между фотонами, эмитированными двумя разными квантовыми точками. Этот прорыв устраняет одну из ключевых сложностей при создании квантовых ретрансляторов, необходимых для масштабирования квантовой связи по оптоволоконным сетям на большие дистанции.
В системах квантовой связи каждый фотон несёт битовую информацию в виде поляризационного состояния, соответствующего «0» или «1». Любая попытка измерить или перехватить такие фотоны неизбежно нарушает их квантовые свойства, что обеспечивает фундаментальную защищённость канала. Вместе с тем фотонные сигналы затухают в процессе прохождения по оптоволокну, а квантовую информацию невозможно ни клонировать, ни усилить традиционными методами.
Ретрансляторы квантовых сигналов призваны восстанавливать теряющуюся информацию путём квантовой телепортации, но для этого требуются практически неотличимые фотоны из разных источников. Исследователи из Штутгарта решили эту задачу, применив нанометровые полупроводниковые «островки» — квантовые точки, способные генерировать одиночные фотоны с точно заданными характеристиками.
Учёным удалось организовать телепортацию квантового состояния между фотонами, исходящими от двух различных квантовых точек. Для реализации проекта они сотрудничали с Институтом твёрдого тела и материаловедения имени Лейбница в Дрездене, где были изготовлены практически идентичные квантовые точки. По словам ведущего автора исследования Тима Штробеля: «До сих пор никогда не проводили телепортацию фотонов из разных квантовых точек, поскольку эта задача отличается исключительной сложностью». Он добавляет, что фиксированные энергетические уровни внутри квантовых точек обеспечивают генерацию строго определённых фотонов по требованию.
В эксперименте одна квантовая точка испускала одиночный фотон, а вторая — пару запутанных частиц. Один из запутанных фотонов прошёл по 10-метровому оптоволоконному каналу и взаимодействовал с одиночным фотоном, передав своё поляризационное состояние далёкому фотонному партнёру. Квантовые преобразователи частоты компенсировали оставшиеся расхождения в спектре, обеспечив неразличимость фотонов.
«Успешная передача квантовой информации между фотонами из разных квантовых точек представляет собой важнейший шаг к преодолению значительных расстояний», — подчёркивает профессор Петер Михлер. В предыдущих экспериментах та же команда демонстрировала сохранение квантовой запутанности на участке оптоволоконной линии протяжённостью 36 км в Штутгарте, что подтверждает возможность развертывания системы на большие дистанции. Современная установка обеспечивает вероятность успешной телепортации чуть более 70 %, и учёные намерены повысить этот показатель за счёт стабилизации квантовых точек и усовершенствования полупроводниковых технологий.
Источник: iXBT
_large.jpg "Раскрыта причина износа монокристаллических аккумуляторов для электромобилей")
_large.jpg "Honor Power 2: смартфон с батареей 10 000 мАч, который обеспечит безупречную связь даже в лифте")
