Oamenii de știință au reușit, în premieră, să teleporteze stări cuantice tridimensionale. Teleportarea cuantică multidimensională ar putea avea un rol important în viitoarele calculatoare cuantice.

Cercetătorii de la Austrian Academy of Sciences și University of Vienna, împreună cu fizicienii din cadrul University of Science and Technology of China, au demonstrat experimental teleportarea stărilor cuantice complexe, multidimensionale. Această realizare a fost considerată anterior doar o posibilitate teoretică.

Cercetătorii au reuşit să teleporteze starea cuantică a unui foton, particula elementară responsabilă pentru fenomenele electromagnetice, la o anumită distanță.

Anterior, cercetătorii au teleportat doar stări cuantice de tipul 2-qubit, adică informații având valorile “0” sau “1”. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să teleporteze şi o stare cuantică tridimensională, un așa-numit „qutrit”, care mai introduce o valoare pentru informaţia cuantică, “2”.

Un qubit se poate afla în mai multe stări cuantice simultan, adică poate fi în acelaşi timp 0, 1 sau o superpoziţie a lui 0 şi 1. Cercetătorii austrieci şi chinezi au demonstrat în practică acest lucru şi pentru a treia posibilitate, valoarea “2”.

Pe baza informaţiei cuantice se pot efectua mai multe calcule în paralel și se vor construi computere cuantice incredibil de puternice.

Teleportarea cuantică tridimensională

Oamenii de știință au reușit, pentru prima dată, să transfere stări cuantice tridimensionale. Credit: ÖAW/Harald Ritsch

Încă din anii ’90 fizicienii au admis că teleportarea cuantică multidimensională este teoretic posibilă.

„A trebuit mai întâi să proiectăm o metodă experimentală pentru a implementa teleportarea cuantică multidimensională şi să dezvoltăm tehnologia necesară”, a declarat Manuel Erhard din cadrul Vienna Institute for Quantum Optics and Quantum Information al Austrian Academy of Sciences.

Starea cuantică care trebuie teleportată este codificată pe traiectoriile posibile pe care le poate urma un foton. Ne putem imagina aceste traiectorii sub formă a trei fibre optice.

Mai interesant este faptul că în fizica cuantică un singur foton poate trece prin toate cele trei fibre optice în același timp.

Pentru teleportarea unei stări cuantice tridimensionale, cercetătorii au folosit o nouă metodă experimentală. La baza teleportării cuantice se află așa-numita măsurătoare Bell.

Aceasta se bazează pe un separator de fascicule care trimite fotoni în direcţii diferite și conectează între ele toate fibrele optice. În plus, oamenii de știință au utilizat şi fotoni auxiliari care au fost trimişi, de asemenea, în separatorul de fascicule şi care au interferat cu ceilalți fotoni.

Printr-o selecţie inteligentă a anumitor tipare de interferență, informațiile cuantice pot fi transferate către un alt foton aflat la o anumită distanţă de fotonul de intrare, fără ca cei doi fotoni să fi interacționat fizic vreodată.

Aşa cum a subliniat Erhard, acest concept experimental nu se limitează doar la sisteme cuantice tridimensionale. În principiu, acesta poate fi aplicat oricărui sistem multidimensional.

Prin această realizare cercetătorii au făcut, de asemenea, un pas important către dezvoltarea unor aplicații practice, precum ar fi un viitor Internet cuantic, deoarece sistemele cuantice multidimensionale pot transfera cantități mai mari de informații decât cele pe bază de qubiţi.

Cercetătorii chinezi care au participat la acest experiment prevăd numeroase oportunități de dezvoltare a computerelor cuantice pe baza teleportării cuantice multidimensionale.

„Bazele rețelelor cuantice de generație viitoare se bazează pe cercetările fundamentale din prezent”, a declarat Jian-Wei Pan de la University of Science and Technology din China.

În viitor fizicienii se vor concentra asupra modului cum poate fi teleportată starea cuantică completă a unui foton sau a unui atom utilizând noile cunoştinţe dobândite în urma studiului de faţă.

Rezultatele cercetătorilor au fost publicate în revista Physical Review Letters.

Sursă: Phys.org