Informaation teleporttausta timantissa

Timantin hilarakenne sisältää hiilten ympäröimän typpivakanssin. Hiili-isotooppi lomittuu ensin elektronin kanssa tyhjässä tilassa, joka sitten odottaa, että fotoni absorboituu, mikä johtaa kvanttiteleportaatioon perustuvaan fotonin tilan siirtoon hiilimuistiin.

Yokohaman kansallisen yliopiston tutkijat ovat teleportanneet kvantti-informaatiota turvallisesti timantin sisällä. Tutkimuksella on suuria vaikutuksia kvantti-informaatioteknologiaan - arkaluonteisten informaation jakamisen ja tallentamisen tulevaisuuteen.

"Kvanttiteleportaatio mahdollistaa kvantti-informaation siirtämisen muuten saavuttamattomaan tilaan", toteaa Yokohaman kansallisen yliopiston tekniikan professori Hideo Kosaka. "Se myös mahdollistaa informaation siirtämisen kvanttimuistiin paljastamatta tai tuhoamatta tallennettua kvantti-informaatiota."

Hiiliatomin ytimessä on kuusi protonia ja kuusi neutronia, joita ympäröi kuusi spinnaavaa elektronia. Tunnetusti vahvasti koostuneella timanteilla voi olla hilassaan monimutkaisia vikoja, kun esimerkiksi typpiatomi on yhdessä kahdesta vierekkäisessä vakanssissa, joissa hiiliatomien tulisi olla. Tätä vikaa kutsutaan typpivakanssien keskukseksi.

Kosaka kutsuu hiiliatomien ympäröimän typpiatomin ydinrakennetta nanomagneetiksi. Vakanssin elektronin ja hiilen isotoopin manipuloimiseksi Kosaka ryhmineen kiinnitti ohuen langan timantin pinnalle. He sovelsivat langalle mikroaalto- ja radiotaajuutta saadakseen magneettikentän timantin ympärille.

Sitten Kosaka käytti typen nanomagneettia elektronin ankkurointiin. Mikroaalto- ja radioaaltojen avulla Kosaka pakotti elektronin spinin lomittumaan hiilien ydinspiniin. Elektronin spin hajoaa nanomagneetin luomassa magneettikentässä, jolloin se voi altistua lomittumiselle.

Kun kaksi kappaletta on lomittunut, niiden fyysiset ominaisuudet ovat niin toisiinsa sidottuja, että niitä ei voida kuvailla erikseen.

Tässä työssä kvantti-informaatiota sisältävää fotonia käytetään niin, että elektroni absorboi fotonin. Absorptio mahdollistaa fotonin polarisaatiotilan siirtymisen hiileen, mikä välitetään lomittuneella elektronilla ja näin saavutetaan informaation teleportaatio kvanttitasolla.

Tutkijat onnistuivat myös tuottamaan kahden vastaavanlaisen timanttirakenteen fotonien lomittumisen. Tällainen kvanttitoistimen prosessi voi siirtää informaatiota solmusta solmuun kvanttikentän yli.

"Päätavoitteena on toteuttaa skaalattavia kvanttitoistimia pitkien etäisyyksien kvanttiviestinnälle ja hajautetuille kvanttitietokoneille suuren mittakaavan kvanttilaskennassa ja metrologiassa", Kosaka toteaa yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttikoneita yhdistellen

Teleporttausta piirilevyllä