Forskare från Yokohama National University har teleporterat kvantinformation säkert inom ramen för en diamant. Studien har stora konsekvenser för kvantinformationsteknologin – framtiden för delning och lagring av känslig information. Forskarna publicerade sina resultat den 28 juni, 2019, i Kommunikationsfysik .

"Kvanteleportering tillåter överföring av kvantinformation till ett annars otillgängligt utrymme, " sa Hideo Kosaka, en professor i teknik vid Yokohama National University och en författare om studien. "Det tillåter också överföring av information till ett kvantminne utan att avslöja eller förstöra den lagrade kvantinformationen."

Det otillgängliga utrymmet, I detta fall, bestod av kolatomer i diamant. Tillverkad av länkade, ändå individuellt innesluten, kolatomer, en diamant har de perfekta förutsättningarna för kvantteleportering.

En kolatom har sex protoner och sex neutroner i sin kärna, omgiven av sex snurrande elektroner. När atomerna binder till en diamant, de bildar ett särskilt starkt galler. Dock, diamanter kan ha komplexa defekter, såsom när en kväveatom finns i en av två närliggande vakanser där kolatomer bör finnas. Denna defekt kallas ett kväve vakanscenter.

Omgiven av kolatomer, kväveatomens kärnstruktur skapar vad Kosaka kallar en nanomagnet.

För att manipulera en elektron och en kolisotop i den lediga tjänsten, Kosaka och teamet fäste en tråd som är ungefär en fjärdedel av ett människohårs bredd på ytan av en diamant. De applicerade en mikrovågsugn och en radiovåg på tråden för att bygga ett oscillerande magnetfält runt diamanten. De formade mikrovågsugnen för att skapa den optimala, kontrollerade förhållanden för överföring av kvantinformation inom diamanten.

Kosaka använde sedan kvävenanomagneten för att förankra en elektron. Använda mikrovågsugn och radiovågor, Kosaka tvingade elektronspinnet att trassla in sig med ett kolkärnspinn - elektronens rörelsemängd och kärnan i en kolatom. Elektronspinnet bryts ner under ett magnetfält som skapas av nanomagneten, gör det känsligt för intrassling. När de två delarna är intrasslade, vilket betyder att deras fysiska egenskaper är så sammanflätade att de inte kan beskrivas individuellt, en foton som innehåller kvantinformation introduceras, och elektronen absorberar fotonen. Absorptionen gör att fotonens polarisationstillstånd kan överföras till kolet, som förmedlas av den intrasslade elektronen, demonstrera en teleportering av information på kvantnivå.

"Framgången för fotonlagring i den andra noden etablerar intrasslingen mellan två intilliggande noder, " sa Kosaka. Kallas kvantrepeaters, processen kan ta enskilda bitar av information från nod till nod, över kvantfältet.

"Vårt slutmål är att realisera skalbara kvantrepeaters för långdistanskvantkommunikation och distribuerade kvantdatorer för storskalig kvantberäkning och metrologi, " sa Kosaka.