Квантовий прорив: досягнуто рекордної квантової телепортації в межах столичного діапазону
Квантова телепортація дозволяє передавати квантову інформацію у віддалені місця за допомогою квантової заплутаності та класичного зв’язку. Ця концепція була реалізована в різних системах квантового світла, починаючи від лабораторних експериментів і закінчуючи практичними тестами в реальному світі. Примітно, що використовуючи низькоорбітальний супутник Micius, вчені успішно телепортували квантову інформацію на відстані понад 1200 км. Однак ще не було квантової системи телепортації, швидкість якої могла б досягати порядку Герца. Це перешкоджає майбутньому застосуванню квантового Інтернету.
Покращення швидкості телепортації
У статті, опублікованій у Light Science & Application , команда вчених на чолі з професором Гуанцаном Го та професором Цян Чжоу з Університету електронних наук і технологій Китаю (UESTC) співпрацює з професором Ліксінг Ю з Шанхайського інституту Мікросистема та інформаційні технології Академії наук Китаю вперше покращили швидкість телепортації до 7,1 кубіта на секунду на основі «No. 1 Столичний квантовий Інтернет UESTC”.
Це новий рекорд для системи квантової телепортації в міському діапазоні.
Аліса «A» розташована в кімнаті комутації мережі, Боб «B» і Чарлі «C» знаходяться в двох окремих лабораторіях.
Усі волокна, що з’єднують три вузли, належать до магістральної мережі UESTC.
Під час експерименту через ці «темні» волокна передаються лише сигнали, створені Алісою, Бобом і Чарлі.
б, Схема системи телепортації.
Аліса готує вихідний стан за допомогою слабкого когерентного однофотонного джерела та надсилає його Чарлі через квантовий канал.
Джерело заплутаності у Боба генерує пару заплутаних фотонів, а потім надсилає холостий фотон Чарлі через інший квантовий канал. Сигнальний фотон зберігається в котушці волокна.
Чарлі реалізує спільне вимірювання стану Белла (BSM) між кубітом, надісланим Алісою та Бобом, проектуючи їх на один із чотирьох станів Белла.
Потім результат BSM надсилається Бобу через класичний канал, який виконує унітарне (U) перетворення сигнального фотона для відновлення початкового стану.
«Демонстрація високошвидкісної квантової телепортації за межами лабораторії передбачає цілий набір проблем. Цей експеримент показує, як можна подолати ці проблеми, і, отже, він встановлює важливу віху на шляху до майбутнього квантового Інтернету», — сказав професор Цян Чжоу, який є відповідним автором цієї роботи. Основним експериментальним завданням у системі квантової телепортації в реальному світі є виконання вимірювання стану Белла (BSM).
Щоб забезпечити успішну квантову телепортацію та підвищити ефективність BSM, фотони Аліси та Боба повинні бути нерозрізними на Чарлі після передачі на велику відстань у волокні. Команда розробила повноцінну систему зворотного зв’язку, яка реалізувала швидку стабілізацію різниці довжин шляху та поляризацію фотонів.
Інноваційні методи та обладнання
З іншого боку, команда використовувала єдиний шматок хвилеводу з ніобату літію з періодичними полюсами з волокном для створення заплутаних фотонних пар. На основі цього для системи телепортації було розроблено високоякісне квантове заплутане джерело світла з частотою повторення 500 МГц.
Сині смуги – точність, отримана за допомогою DSM.
Обидва точності з двох методів перевищують класичну межу 2/3, тобто пунктирну сіру лінію.
Така високошвидкісна квантова телепортація на основі квантової оптики вимагає найчутливіших фотонних датчиків, щоб зібрати якомога більше подій. Команда на чолі з професором Ліксінгом Ю разом із колегами з Photon Technology Co., LTD надали для експерименту високоефективні надпровідні нанодротяні детектори з одним фотоном. Завдяки детекторам із чудовою ефективністю та майже повною відсутністю шуму було досягнуто високоефективного аналізу BSM та квантового стану.
Обнадійливі результати та майбутні застосування
Команда використовувала як квантову томографію стану, так і методи стану-приманки, щоб обчислити точність телепортації, яка значно перевищувала класичну межу (66,7%), підтверджуючи, що високошвидкісна квантова телепортація була досягнута.
«Ні». 1 Metropolitan Quantum Internet of UESTC», як очікується, у майбутньому розробить «високошвидкісну, високоточну, багатокористувацьку, міжміську» квантову інтернет-інфраструктуру шляхом об’єднання інтегрованих квантових джерел світла, квантових повторювачів та квантових інформаційних вузлів. Команда також прогнозує, що ця інфраструктура сприятиме практичному застосуванню квантового Інтернету.
За матеріалами scitechdaily.com
Разместить у себя на сайте или блоге:
На любом форуме в своем сообщении:
