Физики из Австрии и Норвегии передали квантовое состояние кубитов на расстояние в 143 км, побив рекорд дальности .
Предыдущее достижение было исследователями из Китая, которые осуществили телепортацию между двумя точками, разнесёнными на 97 км. Поскольку эта работа была выполнена совсем недавно, экспериментальные схемы, предложенные двумя научными коллективами, мало чем различаются.
Стоит напомнить, что самый распространённый протокол квантовой телепортации предусматривает участие отправителя (по принятым в криптографии обозначениям — Алисы), получателя (Боба) и «помощника» (Чарли), а также использование трёх кубитов (фотонов). В ходе опыта создаётся пара запутанных фотонов 2 и 3, один из которых отправляется Алисе, а второй — Бобу. Чарли передаёт Алисе фотон 1, который необходимо телепортировать, после чего она производит над фотонами 1 и 2 и отправляет результат Бобу по классическому каналу. Тот, получив сообщение, выполняет необходимое преобразование над фотоном 3, приводя его состояние к исходному состоянию частицы 1. На этом телепортация завершается.
Схема телепортации. Обнаружение фотона 0 сигнализировало о готовности телепортируемого фотона 1, создаваемого источником HSP. Буквами EPR обозначен источник запутанных пар фотонов, а BSM — измерение состояний Белла. (Иллюстрация авторов работы.)
И китайская, и австро-норвежская группы следовали описанному протоколу и использовали для создания запутанных пар частиц фемтосекундные лазерные импульсы ближнего ИК-диапазона. После удвоения частоты импульсы направлялись на кристалл , где в процессе рождались фотоны 2 и 3.
143-километровая дистанция пролегала на высоте в 2 400 м в свободном пространстве между двумя островами Канарского архипелага — Ла-Пальма (здесь находились Алиса и Чарли) и Тенерифе. Передача фотона 3 в направлении Боба, расположившегося на Тенерифе, была реализована с помощью 7-сантиметрового телескопа, а роль приёмника сыграл телескоп с более внушительной (метровой) апертурой. Чтобы точно ориентировать оптические системы, физики смонтировали на обеих площадках источники 532-нанометрового лазерного излучения.
Пытаясь увеличить эффективность регистрации фотонов и отделения полезного сигнала от фона, экспериментаторы установили на стороне Боба высококачественные кремниевые лавинные фотодиоды с очень низкой темновой скоростью счёта. С той же целью была спроектирована оригинальная схема синхронизации часов на островах, позволившая уменьшить до 3 нс ширину временнóго окна, обнаружение фотона в котором рассматривалось как полезное событие.
Несмотря на все усилия физиков, провести удачную серию опытов им удалось далеко не сразу: плохая погода (резкие перепады температуры, сильный ветер, дождь, туман, снег) всё же препятствовала передаче фотонов. К счастью, в планируемых экспериментах по организации спутниковой квантовой связи помехи такого рода не должны столь серьёзно влиять на оптические сигналы, поскольку толщина «турбулентного» слоя атмосферы, преодолеваемого ими, будет заметно отличаться от 143 км в меньшую сторону.
Стоит добавить, что методики, выбранные европейской и китайской группой, имеют один общий изъян: когда Алиса производит измерение состояний Белла, фотон 3 находится в самом начале своего пути. Другими словами, телепортация стартует в тот момент, когда ни о каких 143 или 97 километрах речи не идёт. Конечно, процесс завершается лишь после того, как Боб получит информацию по классическому каналу и совершит требуемые преобразования над кубитом, но некоторые специалисты (скажем, Николас Гизин (Nicolas Gisin) из ) считают этот недостаток методики потенциально значимым.
Полный вариант отчёта европейских учёных можно загрузить с сайта .
Комментариев нет:
Отправить комментарий