Ученые телепортировали кубиты, закодированные в разных степенях свободы света

Физики из Российского квантового центра и Московского физико-технического института предложили новый способ передачи квантовой информации между различными типами кубитов посредством электромагнитного поля. Соответствующая статья была опубликована в престижном журнале Nature Communications.

Различные физические системы с потенциалом для квантовой обработки информации можно разделить на две категории в зависимости от того, в каком виде в них удобно кодировать квантовые биты. В одних, таких как одиночные атомы, квантовые точки и сверхпроводящие цепи, удобнее использовать энергетические уровни, или, говоря более общо, дискретную (квантованную) величину. В других системах удобнее кодировать информацию в виде непрерывной величины: степени отклонения оптомеханической мембраны от равновесия или напряженности электрического поля в оптическом или микроволновом резонаторе.

Поскольку различные квантовые системы имеют свои достоинства и недостатки, они подходят для выполнения различных задач. Ученые стремятся разработать подход, который позволил бы обмениваться квантовой информацией между кодировками в дискретных и непрерывных степенях свободы. Естественным медиатором такого обмена является электромагнитное поле (проще говоря, свет) — единственный носитель, способный переносить квантовую информацию на значительные расстояния. К счастью, благодаря своей дуальной корпускулярно-волновой природе свет может поддерживать обе кодировки. Дискретной кодировкой является поляризация (направление вектора колебаний в электромагнитной волне) фотона, а непрерывной — напряженность электрического поля. Однако до сих пор технология преобразования квантовой информации из дискретной кодировки в непрерывную и обратно для света не была разработана. Именно эту задачу и решили физики из РКЦ и МФТИ.

Одним из способов передачи информации в квантовых системах является квантовая телепортация, но это не та телепортация, которую мы привыкли видеть в кино. При квантовой телепортации не происходит физическая передача объекта на расстояние, передается лишь квантовое состояние с одной частицы на другую с помощью вспомогательного запутанного состояния.

В своей работе ученые сгенерировали запутанное состояние между поляризационным и волновым кубитами. Затем они изготовили еще один поляризационный кубит и применили процедуру телепортации. При этом фотон, несущий поляризационный кубит, уничтожился, но его состояние, квантовая информация, содержащаяся в этом кубите, не пропало: оно перенеслось на волновой кубит благодаря явлению квантовой нелокальности.

Предполагается, что развитие этого способа запутанности приблизит эру оптических квантовых коммуникаций и квантового интернета.

«Объединение преимуществ квантовых состояний, закодированных в дискретных и непрерывных переменных, откроет новые горизонты для применения квантово-оптических технологий на практике», — прокомментировал Александр Уланов, один из авторов работы, аспирант МФТИ, научный сотрудник лаборатории квантовой оптики Российского квантового центра.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.