Квантова телепортация, постигната между несъседни мрежови възли

Сподели

Учени от Холандия направиха голяма стъпка към квантовите компютърни мрежи чрез телепортиране на квантова информация между два възела, които нямаха директна връзка един с друг. Пробивът предвещава по-бърза и по-сигурна комуникационна система.

Както подсказва името, квантовите компютри използват няколко принципа на квантовата механика, за да извършват изчисления, които са извън обсега на традиционните компютри. И точно като нашия сегашен интернет, тези квантови компютри ще трябва да бъдат свързани заедно, за да постигнат пълния си потенциал. Изпращането на информация между тях обаче е трудно, тъй като квантовата природа на тези данни ги прави податливи на загуба или намеса от околната среда.

Вместо това тази информация може да бъде по същество „телепортирана“ между възли, благодарение на феномен, известен като квантово заплитане. Две частици могат да станат толкова преплетени една с друга, че да стане невъзможно да се опише една без друга и всякакви промени, направени в едната, незабавно ще засегнат другата, независимо колко далеч са една от друга. Това е концепция, която разтревожи самия Айнщайн, но е многократно потвърждавана в експерименти.

В контекста на квантовата компютърна мрежа, квантовите битове (или кубити) информация могат да бъдат телепортирани към възел чрез извършване на промени в неговия заплетен партньор, обикновено чрез извършване на това, което се нарича измерване на състоянието на Бел (BSM). Това беше демонстрирано преди между два съседни възела, но за новото проучване изследователите от сътрудничеството QuTech успяха да телепортират информация между два несъседни възела.

Кубитът “Алиса” седи вътре в черния цилиндър, защитен от външна намеса

Марике де Лорийн за QuTech

Това изисква използването на трети възел, действащ като вид посредник – за простота, екипът е кръстил трите възела Алис, Боб и Чарли, всеки от които съдържа кубит, базиран на диамант. За да създаде мрежата, екипът първо създава заплетени състояния между Алис и Боб и между Боб и Чарли. След това, чрез извършване на BSM в възела на Боб, състоянията на Алис и Чарли също се заплитат, дори когато не са съседни в мрежата.

За да телепортира информация до Алис, Чарли започва със създаване на „съобщение“, като записва данни в кубит в паметта на своя възел. Това може да бъде 1, или 0, или по призрачен квантов начин, странно междинно състояние. След това той изпълнява BSM върху този кубит на паметта и кубита, който е заплетен с този на Алис. И точно така, кубитът на Алис моментално се променя, за да отразява посланието на Чарли.

Ако обаче Алис иска да прочете съобщението, първо трябва да го дешифрира, а Чарли има ключа. Резултатът от BSM, който той извърши на своя кубит, обяснява каква операция Алис трябва да извърши върху своя, за да дешифрира телепортираната информация.

Впечатлението на художника за процеса на квантова телепортация, протичащ между два несъседни възела, като дефекти в диаманти
Впечатлението на художника за процеса на квантова телепортация, протичащ между два несъседни възела, като дефекти в диаманти

Scixel за QuTech

Изследователите на QuTech успешно реализираха този подвиг последователно чрез много експерименти с вярност от около 71 процента. Това беше постигнато чрез няколко пробиви, които екипът направи за защита на квантовата информация в мрежата. От една страна, заплитането между Алис и Боб трябваше да се съхранява в кубит на квантовата памет, докато Боб формираше връзка с Чарли. Други техники за оптимизация намаляват шума в системата.

При постигането на този вид недиректна квантова телепортация изследователите казват, че са създали основен градивен елемент на практическа квантова мрежа. Но, разбира се, има още дълъг път. Ключова следваща стъпка е да увеличите броя на кубитите на паметта в системата, за да увеличите видовете операции, които може да изпълнява.

Екипът също така планира да проучи как да телепортира информация, която вече е съхранена в квантовата памет, вместо да се налага да създава това съобщение, след като връзката е била установена. Това ще позволи квантовата телепортация да се извършва при поискване, което е от решаващо значение, ако тази технология ще се превърне в полезна реалност.

Изследването е публикувано в списанието природата. Експериментите са обяснени по-подробно във видеото по-долу.

От Алис до Чарли – следващата стъпка за квантовия интернет

Източници: QuTech, природата



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели