Дослідники домоглися стійкої двосторонньої квантової телепортації інформації між двома атомними системами
Учені всього світу вже протягом декількох років володіють технологіями і методами квантової телепортації, що дозволяє передавати інформацію на квантовому рівні від одного до іншого фотона світла. Вперше квантова телепортація між фотонами світла атомами речовини була здійснена в 2006 році вченими з інституту Нільса Бора (Niels Bohr Institute). Тепер ця ж сама група вчених домоглася успіху в реалізації квантової телепортації між двома газоподібними хмарами, які складаються з атомів важких елементів. При цьому, передача квантової інформації здійснювалася не один чи декілька разів, вона здійснювалась успішно при кожній спробі передачі.
"Наші успіхи - дуже важливий крок у справі дослідження і розробки нових квантових технологій передачі інформації, що дозволяють створити стійкий і стабільний канал передачі інформації" - розповідає Юджин Ползик (Eugene Polzik), професор з інституту Нільса Бора і керівник дослідницького центру Quantop в університеті Копенгагена.
Експерименти з квантової телепортації проводилися в одній з лабораторій, що знаходиться під землею нижче приміщень інституту Нільса Бора. У цій лабораторії були встановлені дві скляні ємності, контейнера, в яких знаходилося газоподібний хмара, що складається з мільярда атомів цезію. Ці два контейнера не були пов'язані фізично один з одним, а передача квантової інформації здійснювалася за допомогою лазерного світла.
Скляні контейнери були поміщені в магнітне поле, що дозволило впорядкувати обертання електронів зовнішнього шару атомів цезію, змусивши їх обертатися в одній певній площині. Квантової інформацією, яка потім була передана за допомогою телепортації, було напрямок обертання вищезазначених електронів. Обертання в одну сторону відповідало 1, а обертання електрона у зворотний бік - 0, подібно до того, як кодується інформація у звичайних комп'ютерах.
Світло вихідного лазера висвітлював атоми цезію, що знаходяться в одному з контейнерів. Поглинаючи фотони світла, атоми цезію випромінювати нові фотони певної довжини хвилі, заплутані на квантовому рівні з цими атомами і які спрямовуються на другий контейнер. Там ці фотони поглиналися атомами цезію, які ставали заплутані з атомами, що знаходяться у першому контейнері. Змінюючи за допомогою світла лазера квантовий стан атомів цезію у першому контейнері, вчені домоглися синхронного зміни стану атомів у другому контейнері, яке чувалося з допомогою світла ще одного лазера і чутливого фотодатчика.
Точно таким же чином ініціювалось квантовий канал, що дозволяє передавати дані і у зворотному напрямку, але найцікавіше полягає в тому, що все це відбувалося при кімнатній температурі, на відміну від інших експериментів, в яких атоми речовини охолоджувалися до наднизьких температур. При кімнатній температурі атоми цезію рухаються зі швидкістю приблизно 200 метрів в секунду, з-за чого вони постійно стикаються зі стінками контейнера. У звичайних умовах зіткнення призвело б до втрати атомом його квантової інформації, але вчені знайшли досить простий спосіб, що дозволяє уникнути втрати інформації.
"Ми використовували покриття внутрішніх стінок скляної контейнера спеціальним складом, схожим на парафін. При зіткненні з таким покриттям атоми цезію не втрачають укладену в них квантову інформацію" - розповідає професор Юджин Ползик, - "Це схоже на дуже просте рішення, але його розробка була пов'язана з багатьма труднощами і вимагає значних зусиль наших вчених".
Ще одним досягненням стала розробка високочутливого фотодатчика, який реєструє фотони і дозволяє зчитувати міститься в них квантову інформацію. Саме завдяки цьому датчику квантовий канал передачі даних працює стабільно, стійко і без помилок під час передачі інформації.
"У нашому експерименті відстань між двома контейнерами становило лише половину метра, це пов'язано з обмеженнями, заданими розмірами самої лабораторії, в якій проводилися експерименти" - пояснює професор Ползик, - "Ми без особливих труднощів можемо збільшити дальність квантової зв'язку, якщо б у нас з'явиться необхідний простір і можливості. За допомогою нашого методу ми можемо передавати інформацію на супутник і приймати на Землі інформацію, передану цим супутником по квантовому каналу".