Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio

Itävaltalaiset ja kiinalaiset tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet siirtämään kolmiulotteisia kvanttitiloja (symbolinen kuvaus)

Itävaltalaiset ja kiinalaiset tutkijat ovat onnistuneet teleportoimaan kolmiulotteisia kvanttitiloja ensimmäistä kertaa. Korkean ulottuvuuden teleportaatiolla voi olla tärkeä rooli tulevissa kvanttitietokoneissa.

Itävallan tiedeakatemian ja Wienin yliopiston tutkijat ovat kokeellisesti osoittaneet sen, mikä aikaisemmin oli vain teoreettinen mahdollisuus. Yhdessä Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston kvanttifysiikoiden kanssa he ovat onnistuneet teleportoimaan monimutkaisia korkean ulottuvuuden kvanttitiloja.

Työssään tutkijat teleportoivat yhden fotonin kvanttitilan siirron toiseen etäällä sijanneeseen. Aikaisemmin vain kaksitasoisia tiloja (kubittejä) oli siirretty, ts. informaatiota arvoilla "0" tai "1". Tutkijat onnistuivat kuitenkin teleportoimaan kolmitasoisen tilan, ns. Qutritin. Kvanttifysiikassa "0" ja "1" voivat olla molemmat samanaikaisesti tai mikä tahansa niiden välissä. Itävallan ja Kiinan tieteilijät ovat nyt osoittaneet tämän myös kolmannella mahdollisuudella "2".

1990-luvulta lähtien on ollut tiedossa, että moniulotteinen kvanttiteleportointi on teoriassa mahdollista. Mutta ensin tukijoiden oli suunniteltava kokeellinen menetelmä sen toteuttamiseksi.

Teleportoitava kvanttitila koodataan mahdollisille poluille, joita fotoni voi viedä. Nämä polut voidaan kuvata esimerkiksi kolmella optisella kuidulla. Mielenkiintoisinta on, että kvanttifysiikassa yksi fotoni voi sijaita kaikissa näissä kolmessa optisessa kuidussa samanaikaisesti.

Kolmiulotteisen kvanttitilan teleportoimiseksi tutkijat käyttivät uutta kokeellista menetelmää. Kvanttiteleportaation ydin on ns. Bell-mittaus, jonka lisäksi tutkijat käyttivät apufotoneja, jotka voivat interferoida muiden fotonien kanssa.

Valitsemalla fiksut tietyt interferenssikuviot, kvanttitiedot voidaan siirtää toiseen fotoniin, joka on kaukana syöttöfotonista, ilman että nämä kaksi ovat koskaan fyysisesti vuorovaikutuksessa. Kokeellinen käsite ei rajoitu kolmeen ulottuvuuteen, vaan se voidaan periaatteessa laajentaa mihin tahansa ulottuvuuteen, tutkijat korostavat.

Tämän avulla tutkimus on myös astunut tärkeän askeleen kohti käytännöllisiä sovelluksia, kuten tulevaisuuden kvantti-internetiä, koska korkeaulotteiset kvanttijärjestelmät voivat kuljettaa suurempia määriä informaatiota kuin kubitit.

"Tämä tulos voi auttaa yhdistämään kvanttitietokoneet kubitteja ylittävään informaatiokapasiteettiin, toteaa Itävallan tiedeakatemian ja Wienin yliopiston kvanttifyysikko Anton Zeilinger uuden menetelmän innovatiivisista mahdollisuuksista.

"Seuraavan sukupolven kvanttiverkkojärjestelmien perusteet on nyt rakennettu tällä perustutkimuksella", toteaa puolestaan Kiinan teknillisen yliopiston Jian-Wei Pan.

Tulevissa tutkimuksissa kvanttifyysikot keskittyvät siihen, kuinka äskettäin saatua tietämystä voidaan laajentaa yksittäisen fotonin tai atomin koko kvanttitilan teleporttauksen mahdollistamiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Informaation teleporttausta timantissa

Kvanttikoneita yhdistellen