Российские физики научились переводить с одного "квантового языка" на другой с помощью телепортации

Физики из Российского квантового центра (РКЦ) и Московского физико-технического института (МФТИ) научились "переводить" квантовую информацию из одного ключевого способа хранения в другой. Как сообщают авторы, развитие этой технологии приблизит эру оптических квантовых коммуникаций и квантового интернета.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Напомним, что кубит, или квантовый бит, – это наименьшая единица хранения информации в квантовом компьютере. С точки зрения физики возможны два механизма хранения кубитов.

Во-первых, их можно кодировать с помощью дискретной физической величины. Такая величина имеет набор возможных значений и не допускает никаких промежуточных вариантов. Например, пусть набор её значений 1, 2, 3… Тогда она ни при каких обстоятельствах не может быть равна 1/2.

Есть ещё и непрерывные физические величины, которые могут принимать любые значения из определённого промежутка. Например, если диапазон возможных значений от 0 до 1, то она может быть равна и 1/2, и 1/3, и вообще любому числу, которое больше нуля и меньше единицы. Непрерывными величинами тоже можно кодировать кубиты.

Важно, что иногда для кодировки обоими способами можно использовать один и тот же физический объект, например, свет. Напряжённость электрического поля изменяется непрерывно, а поляризация фотона – дискретно.

Поскольку различные квантовые системы имеют свои достоинства и недостатки, они подходят для выполнения различных задач. Поэтому учёные стремятся разработать подход, который позволил бы перекодировать квантовую информацию с одного "языка" на другой и обратно.

Очень соблазнительно было бы разработать такую технологию именно для света. Ведь электромагнитные волны – единственный реальный способ быстро передать информацию (в том числе квантовую) на большое расстояние. Однако до сих пор такую "технологию перевода" никому не удавалось создать. Именно эту задачу и решили физики из РКЦ и МФТИ.

В своей работе учёные сгенерировали два кубита, один на основе поляризации ("дискретный"), а другой – на основе напряжённости поля ("непрерывный"). Эти кубиты находились в состоянии квантовой запутанности. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно объясняли, что это такое.

Затем физики создали третий кубит, снова на основе поляризации. С его помощью они осуществили квантовую телепортацию. Это не та телепортация, которую мы привыкли видеть в кино. При квантовой телепортации не происходит физического перемещения объекта из точки А в точку Б. Передаётся лишь квантовое состояние с одной частицы на другую.

При телепортации фотон, несущий "поляризационный" кубит, уничтожился. Но его состояние – квантовая информация, содержащаяся в этом кубите, – не пропало. Оно перенеслось на "полевой" кубит, который был запутан с пропавшим "поляризационным".

Таким образом, информация была переведена из дискретного способа хранения в непрерывный. Как полагают авторы работы, можно осуществить и обратный процесс. То есть между двумя ключевыми способами хранения квантовой информации наконец переброшен мост, приближающий к реальности технологии завтрашнего дня.

"Объединение преимуществ квантовых состояний, закодированных в дискретных и непрерывных переменных, откроет новые горизонты для применения квантово-оптических технологий на практике", – комментирует Александр Уланов, один из авторов работы, аспирант МФТИ, научный сотрудник лаборатории квантовой оптики РКЦ.

Напомним, что "Вести.Наука" ранее писали о том, как российские физики повысили энергию света, отобрав у него фотоны, и разоблачили "квантового вампира".