Kvanttireleointi kvanttiteleportaatiolla

Paderbornin yliopiston kansainvälinen tutkimusryhmä on saavuttanut ratkaisevan läpimurron kvantti-internetin tiellä. Ensimmäistä kertaa on ollut mahdollista teleportata yhdestä kvanttipisteestä lähetetyn yksittäisen fotonin polarisaatiotila toisen - avaruudellisesti erillisen - kvanttipisteen fotoniin.

Yksinkertaisemmin tämä tarkoittaa, että yhden fotonin ominaisuudet voitaisiin siirtää toiseen teleportaation avulla. Tämä vaihe on erityisen tärkeä tulevaisuuden kvanttikommunikaatioverkoille.

Tutkijat käyttivät kokeissaan muun muassa 270 metriä pitkää vapaan tilan yhteyttä. Tulokset on julkaistu Nature Communications -lehdessä.

Professori Klaus Jönsin johtama Paderbornin yliopiston ryhmä työskenteli tiiviisti professori Rinaldo Trottan johtaman tiimin kanssa Sapienza-yliopistosta Roomasta, Italiasta. "Koe osoittaa vaikuttavasti, että puolijohdekvanttipisteisiin perustuvat kvanttivalonlähteet voivat edustaa keskeistä teknologiaa tulevaisuuden kvanttiviestintäverkoille.

Onnistunut kvanttiteleportaatio kahden eri kvanttiemitterin välillä on olennainen askel kohti skaalautuvia kvanttireleitä ja siten kvantti-internetin käytännön toteutusta", selittää professori Jöns.

Tausta: Useista kvanttihiukkasista koostuvat lomittuneet järjestelmät tarjoavat ratkaisevia etuja kvanttikommunikaatiolle. Fotonin olosuhteista johtuvan yhden tilan sijaan luodaan useista tiloista koostuva kokonaisjärjestelmä. Tällaisia järjestelmiä käytetään viestinnässä, tietoturvassa ja kvanttilaskennassa.

Lomittumisen aikana fotonien tietyt ominaisuudet kytkeytyvät yhteen. Yksi tila vastaa yhtä tietoa, jota käsitellään edelleen. "Tähän asti nämä fotonit ovat kuitenkin tulleet samasta lähteestä eli samasta emitteristä. Vaikka viime vuosina on tapahtunut huomattavaa edistystä, erilaisten kvanttiemitterien käyttö kvanttiyhteyden toteuttamiseksi etäisten osapuolten välillä oli aiemmin saavuttamatonta", sanoo professori Jöns.

Menestys perustuu Euroopan laajuiseen tutkimusverkostoon: kvanttipisteet kehitettiin korkeimmalla tarkkuudella Johannes Kepler -yliopistossa Linzissä. Resonaattorien nanorakenteen valmistuksesta vastasivat kumppanit Würzburgin yliopistossa. Rooman Sapienza-yliopiston tutkijat suorittivat kvanttiteleportaatiokokeet.

Tämä saavutus on tasoittanut tietä seuraavalle merkittävälle vaiheelle: niin sanotun "lomittumisen vaihdon" demonstroinnille kahden kvanttipisteen välillä. Tämä on ensimmäinen kvanttirele, jossa on kaksi determinististä lomittuneista fotoniparista koostuvaa lähdettä.

Aiheesta aiemmin

Tehokkaampaa optista kvanttiteleportaatiota

Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota

Kvanttiteleportaation esittely Internet-kaapeleissa