TeleportareUna dintre componentele cheie ale comunicaţiilor cuantice este teleportarea cuantică, o tehnică folosită pentru a transfera stările cuantice spre locuri aflate la distanţă, fără transportul efectiv al purtătorilor fizici de informaţie.




 

Teleportarea cuantică se bazează pe inseparabilitatea cuantică şi a fost până în prezent demonstrată între fotoni, între fotoni şi materie şi între ioni. Pentru prima dată, fizicienii au demonstrat teleportarea cuantică prin aplicarea inseparabilităţii în cazul a două ansambluri atomice aflate la distanţă, fiecare cu o rază de circa 1 mm.

Cercetătorii, conduşi de Jian-Wei Pan de la Hefei National Laboratory for Physical Sciencens at the Microscale, Universitatea de Ştiinţă şi Tehnologie din Hefei, China şi Universitatea Heidelberg, Germania, au publicat lucrarea lor cu titlul „Teleportarea cuantică între memorii cuantice de ansambluri atomice aflate la distanţă” într-un număr recent al Proceedings of the National Academy of Sciences.

După cum au explicat fizicienii, teleportarea cuantică dintre două ansambluri atomice are anumite dezavantaje faţă de tipurile de teleportare demonstrate anterior.

„Teleportarea dintre doi fotoni a fost demonstrată în trecut (prima dată în 1997)”, a explicat pentru Phys.org co-autorul Chao-Yang Lu, de la Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale şi Departamentul de Fizică Modernă de la Universitatea de Ştiinţă şi Tehnologie din China. „Problema cu fotonul este că acesta continuă să se deplaseze mereu. Trebuie păstrat pentru a executa sarcini de procesare de informaţie cuantică folositoare (caz în care îl numim „păstrător”). Comparat cu experimentul de ioni captivi, un avantaj al ansamblurilor atomice este că ele au o rată de succes mult mai mare.”

În cazul experimentului de teleportare cuantică efectuat aici, cele două ansambluri atomice sunt alcătuite fiecare din circa 100 de milioane de atomi de rubidiu şi sunt conectate prin 150 de metri de fibră optică, dar ele sunt fizic separate de aproximativ o jumătate de metru în laborator. Ansamblurile atomice se comportă ca nişte memorii cuantice din cauza abilităţii lor de a înmagazina qubiţi fotonici în sistemul lor staţionar de materie. Alături de teleportarea cuantică, memoriile cuantice sunt o altă componentă cheie a comunicării cuantice.




Teleportarea cuantica intre ansambluri atomice
Aranjamentul experimental pentru teleportarea cuantică dintre două ansambluri atomice. Clic pe imagine pentru a o mări.
Credit imagine: Bao, et. al. ©2012 PNAS Early Edition.


În cadrul experimentelor, oamenii de ştiinţă au demonstrat că au putut teleporta o excitaţie atomică colectivă, sau o stare de tip undă de spin, de la un ansamblu la altul. Pentru a face asta, ei au cartografiat starea undă de spin a primului ansamblu atomic într-un foton care se deplasa şi apoi au efectuat măsurători de stare Bell asupra acelui foton şi a unui al doilea foton care era deja în inseparabilitate cuantică cu starea undă de spin a celui de-al doilea ansamblu atomic. După ce ambii atomi au fost proiectaţi într-o stare Bell (în inseparabilitate cuantică), informaţia cuantică a fost teleportată la al doilea ansamblu atomic.

Pentru a verifica dacă starea undă de spin a primului ansamblu atomic a fost într-adevăr teleportată cu ajutorul fotonilor datorită ansamblurilor atomice aflate în inseparabilitate, cercetătorii au obţinut stările atomice folosind fotoni şi folosind detectoare pentru a măsura informaţia cuantică înmagazinată în fotoni, Rezultatele au arătat că teleportarea a avut succes în 88% din cazuri, cu imperfecţiuni datorate în principal interferenţelor cauzate de excitările de ordine ridicate şi a excitărilor de fundal.

„Credem că munca noastră este interesantă din două perspective”, a spus Lu. „Prima e că este prima teleportare cuantică ce a implicat două obiecte macroscopice. Teleportarea cuantică a obiectelor de complexitate crescută este un vis îndelung urmărit, în special pentru fanii Star Trek-ului. Desigur, observăm că în experimentul nostru, deşi au fost implicaţi circa 100 de milioane de atomi, informaţia cuantică reală care s-a teleportat reprezintă excitaţia lor colectivă (unda de spin), care reprezintă un singur qubit.

„În al doilea rând, dintr-un punct de vedere mai practic, teleportarea între nodurile de memorie cuantică ar putea fi o componentă funcţională în viitoarele reţele cuantice pentru a schimba şi transfera informaţia. Un experiment similar a fost realizat cu ioni individuali captivi. Experimentul nostru, totuşi, prezintă o rată de succes mult mai mare (patru ordine de magnitudine).”

Cercetătorii au explicat că în realizarea teleportării cuantice dintre cele două ansambluri atomice au fost implicate multe tehnici avansate.

„Actualul experiment combină tehnici de ultimă generaţie dezvoltate în experimente de fizică atomică, inclusiv pregătirea ansamblurilor reci de atomi cu capcane magneto-optice, interacţiunea controlată dintre lumină şi atomi, manipularea fotonilor individuali, detecţia şi filtrarea, cu metode dezvoltate de pregătire a stărilor cu controlul răspunsului şi teleportării stărilor cuantice”, a precizat Lu.

Pentru a extinde teleportarea cuantică pe ansambluri atomice multiple, durata de timp de înmagazinare a stărilor undă de spin din ansamblurile atomice trebuie mărită de la valoarea curentă de aproximativ 129 microsecunde. Cercetătorii speră să crească timpul de viaţă până la 100 de milisecunde folosind matrice optice pentru a suprima mişcarea atomică. Astfel de îmbunătăţiri ar deschide drumul către reţele cuantice la scară largă care se bazează pe teleportarea cuantică pentru a schimba informaţia cuantică.



Traducere realizată de Răzvan Gavrilă după Quantum teleportation between atomic ensembles demonstrated for first time, cu acordul Phys.org.

Write comments...
symbols left.
You are a guest ( Sign Up ? )
or post as a guest
Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Be the first to comment.