Осуществлена квантовая телепортация между несмежными узлами сети

680

Ученые в Нидерландах сделали большой шаг к квантовым компьютерным сетям, телепортируя квантовую информацию между двумя узлами, которые не имели прямой связи друг с другом. Прорыв знаменует собой более быструю и безопасную систему связи.

Как следует из названия, квантовые компьютеры используют несколько принципов квантовой механики для выполнения вычислений, недоступных традиционным компьютерам.

Кроме того, квантовые компьютеры должны быть связаны друг с другом, чтобы полностью раскрыть свой потенциал — квантовый интернет. Однако передача информации между ними сложна, потому что квантовая природа этих данных делает их уязвимыми к потере или вмешательству со стороны окружающей среды.

Вместо этого информация может быть по существу «телепортирована» между узлами благодаря явлению, известному как квантовая запутанность. Две частицы могут настолько переплестись друг с другом, что невозможно описать одну без другой, и любые изменения, внесенные в одну, мгновенно повлияют на другую, как бы далеко они ни находились друг от друга. Эта концепция, как известно, выбила из колеи самого Эйнштейна, но неоднократно подтверждалась экспериментами.

В контексте квантовой компьютерной сети квантовые биты (или кубиты) информации могут быть телепортированы в узел путем внесения изменений в его запутанного партнера, обычно путем выполнения так называемого измерения состояния Белла (BSM).

Это было продемонстрировано ранее между двумя соседними узлами, но для нового исследования ученые из коллаборации QuTech смогли телепортировать информацию между двумя несоседними узлами.

Кубит «Алиса» находится внутри черного цилиндра, защищенного от внешнего вмешательства.
Кубит «Алиса» находится внутри черного цилиндра, защищенного от внешнего вмешательства.

Для этого требуется использование третьего узла, выступающего в качестве своего рода посредника — для простоты команда назвала три узла Алисой, Бобом и Чарли, каждый из которых содержит кубит на основе алмаза.

Чтобы создать сеть, ученые сначала создают запутанные состояния между Алисой и Бобом, а также между Бобом и Чарли. Затем, выполняя BSM в узле Боба, состояния Алисы и Чарли также становятся запутанными, даже если они не являются соседними в сети.

Чтобы телепортировать информацию Алисе, Чарли начинает с создания «сообщения», записывая данные в кубит в памяти своего узла. Это может быть 1, или 0, или в квантовой манере — странное промежуточное состояние. Затем он выполняет BSM для этого кубита памяти и кубита, который связан с кубитом Алисы. И точно так же кубит Алисы мгновенно меняется, чтобы отразить сообщение Чарли.

Впечатление художника от процесса квантовой телепортации, происходящего между двумя несмежными узлами, как дефекты в алмазах
Впечатление художника от процесса квантовой телепортации, происходящего между двумя несмежными узлами, как дефекты в алмазах

Однако, если Алиса хочет прочитать сообщение, ей нужно сначала его расшифровать, а у Чарли есть ключ. Результат BSM, который он выполнил со своим кубитом, объясняет, какую операцию Алиса должна выполнить со своим кубитом, чтобы расшифровать телепортированную информацию.

Исследователи из QuTech успешно справились с этим заданием в ходе множества экспериментов с точностью около 71 процента. Это было достигнуто благодаря нескольким прорывам, сделанным командой для защиты квантовой информации в сети. Во-первых, запутанность между Алисой и Бобом должна была храниться в кубите квантовой памяти, пока Боб формировал связь с Чарли. Другие методы оптимизации уменьшали шум в системе.

Достигнув такой непрямой квантовой телепортации, исследователи говорят, что они создали фундаментальный строительный блок практической квантовой сети. Ключевым следующим шагом является увеличение количества кубитов памяти в системе, чтобы увеличить количество операций, которые она может выполнять.

Ученые также планирует исследовать, как телепортировать информацию, уже хранящуюся в квантовой памяти, вместо того, чтобы создавать сообщение после установления связи. Это позволит осуществлять квантовую телепортацию по запросу, что крайне важно, если эта технология станет полезной реальностью.

Исследование было опубликовано в журнале Nature.

Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии