Cercetători din Tokyo şi Mainz au reuşit teleportarea biţilor cuantici, în mod fezabil, folosind fenomenul de inseparabilitate cuantică (eng. quantum entanglement) a două raze de lumină separate spaţial. Această realizare vine după 15 ani de la primele teste de teleportare optică.
Succesul experimentului realizat în Tokyo este datorat utilizării unei tehnici hibride care îmbină două abordări conceptuale distincte şi considerate incompatibile până acum.
"Informaţiile digitale codificate optic la nivel de qubiţi (biţi cuantici), pot fi transmise acum printr-o simplă atingere de buton", a explicat profesorul Peter van Look de la universitatea Johannes Gutenberg din Mainz. Ca fizician teoretician, van Look a conlucrat cu o echipă de fizicieni experimentalişti conduşi de profesorul Akira Furusawa de la universitatea din Tokyo, studiind modul în care teleportarea cuantică poate fi realizată cu succes. Descoperirile lor au fost publicate în prestigioasa revistă de ştiinţă Nature.
Teleportarea cuantică implică transferul de stări cuantice arbitrare între un emiţător, să-i spunem Alice, şi un receptor aflat la mare distanţă spaţială, căruia să-i zicem Bob. Acest lucru presupune ca, iniţial, Alice şi Bob să împartă o structură cuantică entanglată (interconectată), cum ar fi cea a două ansambluri de stări fotonice. Teleportarea cuantică se dovedeşte a fi de importanţă fundamentală în transmiterea şi procesarea informaţiei cuantice (quantum computing). Fotonii sunt consideraţi purtătorii ideali de informaţie deoarece ei se deplasează cu viteza maximă posibilă - viteza luminii. Un foton poate reprezenta un bit cuantic (qubit = quantum bit) analog modului în care un bit clasic este reprezentat printr-o cifră binară. Astfel de fotoni sunt cunoscuţi ca "biţi cuantici zburători" (flying quantum bits).
Primele încercări de a teleporta fotoni individuali au fost făcute de către fizicianul austriac Anton Zeilinger. Ulterior, multe alte experimente au fost efectuate. Cu toate acestea, teleportarea de qubiţi fotonici utilizând metode convenţionale s-a dovedit a întâmpina dificultăţi datorate limitărilor impuse de deficienţele experimentale specifice principiilor fundamentale implicate.
Ceea ce face experimentul din Tokyo atât de diferit este utilizarea unei tehnici hibride, cu ajutorul căreia a fost realizată teleportarea cuantică complet deterministă şi fiabilă. Au fost transferaţi patru qubiţi, precizia atingând cote de 79 până la 82 procente. În plus, qubiţii au fost transferaţi cu o eficienţă mult mai mare decât în experimentele anterioare, chiar la un nivel redus de entanglare (interconectare).
Entanglement la cerere pe fascicule de lumină
Conceptul de entanglement a fost formulat pentru prima dată de către Erwin Schrödinger. El implică situaţia în care două sisteme cuantice, cum ar fi doi fotoni, se găsesc într-o stare comună, astfel încât comportamentul fiecăruia devine dependent de al celuilalt, într-o măsură mai mare decât ar permite teoria clasică. În experimentul din Tokyo entanglarea este realizată la nivel de ansambluri de fotoni, ceea ce înseamnă că amplitudinile şi fazele a două raze luminoase au fost corelate cuantic în mod total. Anterior se experimentase doar cu un ansamblu de doi fotoni, soluţie mai puţin eficientă. "Entanglementul fotonic a funcţionat foarte bine în experimentul din Tokyo, practic la o apăsare de buton, atunci când a fost pornit laserul", a spus van Look, profesor de Teoria Opticii şi Informaţiei Cuantice la Universitatea din Mainz. A fost obţinut un entanglement continuu, realizat cu ajutorul unei tehnici denumită "răsucire luminoasă", prezentă în spaţiul fazelor câmpului luminos sub forma unei elipse. Odată realizată entanglarea, a rezultat un al treilea fascicul de lumină, aplicat emiţătorului. În felul acesta, în principiu, ansamblul de stări cuantice a putut fi transmis către receptor. "În experimentul nostru, au existat patru stări fizice distincte, reprezentative, care au fost transmise de la Alice către Bob folosind entanglementul cuantic. Datorită entanglementului continuu, a fost posibilă recepţia qubiţilor fotonici către Bob într-un mod determinist, la fiecare transmisie efectuată", a adăugat van Look.
Încercările anterioare de realizare a teleportării optice au abordat diverse modalităţi, însă până acum conceptele utilizate s-au dovedit incompatibile cu principiile. Deşi teoria arăta că este necesară combinarea celor două strategii de abordare - continuă şi discretă - a fenomenelor cuantice, abia acum acest concept s-a materializat deplin, având loc un progres tehnologic - cel al tehnicii hibride. "Cele două viziuni distincte, cea discretă şi cea continuă, încep acum să conveargă", a concluzionat van Look.
Traducere de George Mahalu după quantum-teleportation-bits-button cu acordul editorului
