Тройной выигрыш: телепортация оказалась эффективнее прямой отправки фотонов

Группа китайских физиков под руководством Чаояна Лу из Китайского университета науки и технологий экспериментально доказала, что квантовая телепортация может передавать фотонные состояния через затухающий канал почти в три раза эффективнее, чем прямая отправка фотона. Это открытие опубликовано в журнале Nature Physics и впервые показывает безусловное преимущество телепортации перед классической передачей в условиях реальных потерь света.

Квантовые технологии обещают революцию в связи, вычислениях и защите данных, но у них есть уязвимое место — фотоны, несущие информацию, имеют привычку теряться в пути. Рассеиваясь, поглощаясь или просто исчезая, они ставят под угрозу дальнюю передачу квантовых состояний. Чем длиннее линия, тем меньше шансов, что фотон долетит до адресата.

Эту проблему пытаются обойти с помощью квантовой телепортации, процесса, при котором состояние частицы переносится на другую без ее физического перемещения, за счет квантовой запутанности. Однако до недавнего времени никто не мог убедительно показать, что телепортация действительно выгоднее простой отправки фотона по тому же кабелю.

Исследователи из Хэфэя построили полностью оптическую установку, где из шести рожденных фотонов четыре использовались для измерений, а оставшиеся два превращались в запутанную пару с очень высоким качеством. Этот этап они назвали удаленной подготовкой, по сути, они создавали «готовый к работе» ресурс, который практически не страдал от потерь в линии.

Важно, что процесс был предвещающим: экспериментатор узнавал о создании пары без ее разрушения, что позволяет вовремя использовать состояние. В итоге эффективность получения таких пар достигла 82% — это рекордный показатель для подобных схем.

После этого ученые подвергли полученную запутанную пару испытанию в канале с потерями, где пропускалось лишь около 1% фотонов. Они сравнили два сценария: передачу целевого состояния через телепортацию и его прямую отправку. Во втором случае они даже применили оптимальное квантовое клонирование, чтобы улучшить шансы. Но телепортация все равно оказалась почти втрое эффективнее. Это означает, что даже в условиях сильного затухания квантовый трюк с запутанностью обеспечивает более надежную доставку информации, чем наилучший классический способ.

Секрет успеха крылся в том, что запутанная пара была подготовлена так, чтобы избежать основных потерь, характерных для прямой передачи. При обычной отправке фотон вынужден проходить весь путь и рисковать быть поглощенным на каждом километре.

При телепортации же основная работа происходит в лаборатории, а по каналу передаются только вспомогательные классические сигналы, а для них потери не страшны. Фактически, авторы превратили слабость фотонных линий в преимущество, сместив фокус с передачи света на передачу корреляций.

В итоге китайская команда впервые экспериментально продемонстрировала, что квантовая телепортация превосходит прямую пересылку фотонов в реальном канале, причем выигрыш почти трехкратный. Это не просто фундаментальное достижение, а практический шаг к созданию квантовых повторителей и защищенных сетей, где запутанность становится полноценным ресурсом, обходящим главный враг фотонной связи, расстояние.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях