Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota

Turun yliopiston sekä University of Science and Technology of Chinan (USTC) tutkijat ovat onnistuneet luomaan fotoneilla lähes täydellisen teleportaation huolimatta kohinasta, joka perinteisesti häiritsee kvanttitilan siirtoa.

Teleportaatiossa kvanttihiukkasen, eli kubitin, tila siirretään paikasta toiseen ilman että itse hiukkanen siirtyy. Tämä tilan siirtäminen edellyttää kvanttiresursseja, eli ylimääräistä kubittiparia, jonka hiukkaset ovat lomittuneet.

Teoriassa teleportaatio tai tilan siirtäminen voi tapahtua täydellisellä tarkkuudella. Mutta reaalimaailmassa kvanttisysteemit ovat alttiita kohinalle ja häiriöille, mikä rajoittaa myös teleportaation laatua.

Nyt tutkijakumppanit ovat nyt esittäneet teorian ja toteuttaneet kokeen, jolla he onnistuivat ratkaisemaan häiriöiden ongelman kvanttisysteemissä eli he löysivät keinon toteuttaa korkealaatuinen teleportaatio ympäristön häiriöistä huolimatta.

– Oivalluksemme perustuu siihen, että ennen kubittien tilan siirtämistä paikasta toiseen hiukkasten välinen lomittuminen jaetaan laajemmin kuin pelkästään kahden kubitin välille. Teleportaatiossa voidaan siis käyttää hyväksi niin sanottua hybridilomittumista, sanoo professori Jyrki Piilo Turun yliopistosta.

Perinteisesti teleportaatiossa kubittien lomittumiseen on käytetty fotonien polarisaatiota. Nyt toteutetussa tutkimuksessa tutkijat hyödynsivät hybridilomittumista fotonien polarisaation ja taajuuden välillä.

– Tämä havainto muuttaa huomattavasti sitä, miten kohina tai häiriöt vaikuttavat teleportaation suorittamiseen, ja itse asiassa löytömme on muuttanut häiriöt haitallisista hyödyllisiksi teleportaatiossa, Piilo sanoo.

Perinteisessä kvanttibittien lomittumisessa teleportaatio ei onnistu häiriöiden läsnä ollessa. Toisaalta teleportaatio ei onnistu myöskään silloin, jos hybridilomittumisen yhteydessä häiriöt puuttuvat.

– Kokeissamme havaitsimme, että kun hybridilomittumisen yhteydessä lisäämme kohinaa, teleportaatio ja kvanttitilan siirto tapahtuu lähes täydellisesti, sanoo tohtori Olli Siltanen.

Tutkijoiden havainto tekee mahdolliseksi lähes täydellisen teleportaation fotoneilla, huolimatta kohinan tai häiriöiden läsnäolosta.

Tutkijat pohdiskelevat tutkimuksessaan myös sitä, että hybridisidos ei ainoastaan auta torjumaan dekoherenssia. Se voi myös tuoda toisen suojakerroksen. Tilanne jossa vastaanottaja olisikin salakuuntelija, joka kaappaa lähettäjän kubitin ennen kuin lähettäjä on tehnyt sille nyt suunnitellut toimet. Vaikka vastaanottaja saisi lähettäjän välituloksen, hän ei voi tehdä sille mitään sillä hänen kohinaympäristönsä ei vastaa lähettäjän kohinaympäristön kanssa, joten tilanne vain pahenee.

Edelleen he pohdiskelevat, että olisi mielenkiintoinen tulevaisuuden tutkimuslinja selvittää, kuinka syvälle teleportoitu informaatio voidaan piilottaa, eli kuinka suurta hybridilomittunutta kokonaistilaa voidaan käyttää.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista

Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla