Вченим вдалося заплутати два фотона світла в 103 квантових вимірюваннях
Міжнародній групі вчених, очолюваної Антоном Зеилингером (Anton Zeilinger) і Маріо Креном (Mario Krenn) з Інституту квантової оптики та квантової інформації (Institute for Quantum Optics and Quantum Information) австрійської Академії Наук, вдалося заплутати два фотона світла в 103 квантових вимірюваннях. Під поняттям квантового вимірювання мається на увазі одна з квантових характеристик частинок світла, а попередній рекорд кількості заплутаних квантових вимірювань фотонів становив лише 11. Це досягнення дозволить забезпечити більшу швидкість, захищеність систем квантових комунікацій, більш високу швидкість і надійність обробки інформації в квантових комп'ютерах майбутнього.
В даний час для розширення можливостей квантових обчислювальних систем вчені використовували заплутування на квантовому рівні більшої кількості частинок, які виступають в ролі квантових бітів. Свого часу ми вже розповідали про створення квантового регістра, що складається з 14 заплутаних часток. Але в подібних системах заплутування частинок залучає заплутування всього однієї-двох квантових характеристик частинки. Це, в свою чергу, може забезпечити лише слабкий рівень стабільності створюваної квантової системи, яка великою мірою схильна до впливу явища декогеренции, руйнування квантових зв'язків під впливом різних чинників навколишнього середовища.
Для подолання вищезазначених проблем учені не стали намагатися заплутати між собою безліч частинок, вони виробили єдину пару заплутаних фотонів, але заплутаних так, що зміна будь-якого з 103 параметрів одного фотона, наприклад, фази, кутового моменту, інтенсивності, призводило до зміни аналогічного параметра другого фотона. Таким чином, квантова система з цих часток може знаходитися більш ніж в 100 квантових станах, а якщо взяти до уваги положення квантової суперпозиції, то число станів системи збільшується у багато разів.
Головною проблемою галузі квантових комунікацій є квантовий шум, що виникає при передачі заплутаних фотонів на великі відстані. Цей шум при збігу певних несприятливих умов може стати навіть причиною розриву примарною квантової зв'язку. Для подолання цієї проблеми зараз створюються пристрої, що називаються квантовими ретрансляторами, використання яких дозволяє збільшити дальність дії "двомірної" квантової заплутаності, але при використанні більш стабільної багатовимірної квантової заплутаності потреба в таких пристроях повністю відпаде.
"Ця "багатовимірна" квантова заплутаність має величезний потенціал для застосування в області квантових комунікацій і квантової обробки інформації. Приміром, в області квантової криптографії наш метод заплутування дозволить підтримувати безпечну передачу інформації в самих складних умовах, при високому рівні шумів і навіть при стороннього втручання до комунікаційний канал" - розповідає Маркус Хубер (Marcus Huber), дослідник з університету Барселони (Universitat Autonoma de Barcelona, UAB), - Крім цього, багатовимірне заплутування частинок дозволить полегшити створення високопродуктивних квантових комп'ютерів, які стануть працювати набагато стабільніше і у меншій мірі залежати від згубного впливу різних факторів навколишнього середовища".
Слід зауважити, що вченим поки вдалося отримати лише поодинокі пари багатовимірний заплутаних фотонів. Тому вони зараз працюють в напрямку створення квантових установок, здатних виробляти постійний потік багатовимірний заплутаних фотонів, і, лише після створення подібної малогабаритної установки можна буде починати думати про початок практичного комерційного використання можливостей, що надаються багатовимірний заплутаними квантовими частинками.