Natuurkundigen hebben voor het eerst het proces van kwantumteleportatie van de ene siliciumchip naar de andere gedemonstreerd. Hun systeem, gebouwd op de principes van geïntegreerde optica, maakt gebruik van een combinatie van niet-lineaire fotonenbronnen en lineaire kwantumschakelingen. Dit ontwerp biedt een van de hoogste teleportatienauwkeurigheden tot nu toe. Werk gepubliceerd in Nature Physics.
Om systemen te bouwen voor het verwerken en verzenden van kwantuminformatie, gebruiken wetenschappers vaak de principes van geïntegreerde optica. Optica heeft verschillende belangrijke voordelen: het stelt u bijvoorbeeld in staat om het systeem te schalen, waardoor de rekencapaciteit toeneemt. Het werken met kwantumdata in geïntegreerde optica vereist echter de implementatie van verschillende complexe mechanismen. Zo'n systeem moet in staat zijn om groepen afzonderlijke fotonen te genereren, deze te besturen en vervolgens te registreren.
In eerdere werken zijn natuurkundigen al geconfronteerd met het probleem om een generator te maken met voldoende heldere en onderscheidbare fotonen. Bovendien is het combineren van een fotonbron met kwantumschakelingen (recorders) binnen één compact apparaat een vrij moeilijke taak. Desondanks zijn wetenschappers er in 2014 in geslaagd kwantumteleportatie van een foton binnen een enkele siliciumchip te realiseren.
Nu heeft een internationaal team van wetenschappers onder leiding van Daniel Llewellyn van de Universiteit van Bristol een systeem gebouwd dat kwantumteleportatie van de ene chip naar de andere mogelijk maakt. Het bestaat uit twee delen: een zender (5 × 3 millimeter) en een ontvanger (3,5 × 1,5 millimeter). De zender is een netwerk van niet-lineaire fotonenbronnen en lineaire kwantumcircuits.
Eerst worden twee paar fotonen gegenereerd en door een sensor geleid om te bepalen of ze verstrengeld zijn. Ze worden vervolgens door de golfgeleiderkanalen naar een lineair kwantumcircuit geleid (een reeks kwantumexperimenten). De laatste fase is de meting met behulp van een systeem van Mach-Zehnder-interferometers (dit apparaat bestaat uit een golfgeleider die zich in twee delen vertakt; de elektroden aan de zijkanten van de interferometerarmen brengen de straal weer in één). Een van de verstrengelde fotonen wordt via een 10 meter lange glasvezelkabel naar de ontvanger gestuurd. De ontvanger voert dezelfde interferometermetingen uit als de zender.
Schematische weergave van het apparaat. en. zender b. ontvanger.
De installatie kan fotonen teleporteren binnen één en twee chips (in het geval van twee chips stonden ze op een afstand van 10 meter van elkaar). De mate van samenvallen van kwantumtoestanden (nauwkeurigheid van teleportatie) in de eerste modus is 0,906, in de tweede - 0,885. Bij het werk aan teleportatie in 2014 bereikten natuurkundigen een cijfer van ongeveer 0,89.
Volgens de auteurs kan hun werk nuttig zijn in grootschalige geïntegreerde optica-projecten die toepasbaar zijn op het gebied van kwantumcommunicatie en -berekening. We hebben het niet alleen over een kwantumcomputer, maar ook over een kwantumnetwerk geïmplementeerd op optische principes. Door de nauwkeurigheid van datatransmissie te verbeteren, kunnen natuurkundigen efficiëntere communicatie creëren op basis van kwantumteleportatie.
Promotie video:
Nog niet zo lang geleden fotografeerden wetenschappers kwantumverstrengeling, je kunt ernaar kijken. En professor Alexander Lvovsky vertelde ons hoe we experimenten met verstrengelde deeltjes correct kunnen begrijpen.
Oleg Makarov
