Forskare har lyckats genomföra en nästan perfekt kvantteleportation trots förekomsten av brus som vanligtvis stör överföringen av kvanttillstånd. Resultaten har publicerats i tidskriften Science Advances .
Vid teleportering överförs tillståndet för en kvantpartikel, eller qubit, från en plats till en annan utan att sända själva partikeln. Denna överföring kräver kvantresurser, såsom intrassling mellan ytterligare ett par qubits.
I ett idealiskt fall kan överföringen och teleporteringen av qubit-tillståndet göras perfekt. Men verkliga system är känsliga för buller och störningar – och detta minskar och begränsar kvaliteten på teleporteringen.
Forskare från Åbo universitet, Finland, och University of Science and Technology of China, Hefei, har nu föreslagit en teoretisk idé och gjort motsvarande experiment för att övervinna detta problem. Med andra ord, det nya tillvägagångssättet möjliggör teleportering av hög kvalitet trots förekomsten av brus.
"Arbetet bygger på en idé om att distribuera intrassling – innan man kör teleporteringsprotokollet – bortom de använda qubits, det vill säga att utnyttja hybridentrasslingen mellan olika fysiska frihetsgrader", säger professor Jyrki Piilo från Åbo universitet.
Konventionellt har polariseringen av fotoner använts för intrassling av qubits i teleportering, medan den nuvarande metoden utnyttjar hybridentrasslingen mellan fotonernas polarisation och frekvens.
"Detta möjliggör en betydande förändring av hur bruset påverkar protokollet, och i själva verket vänder vår upptäckt om brusets roll från att vara skadligt till att vara fördelaktigt för teleportering," säger Piilo.
Med konventionell qubit-entanglement i närvaro av brus fungerar inte teleporteringsprotokollet. I ett fall där det initialt förekommer hybrid intrassling och inget brus, fungerar inte heller teleporteringen.
"Men när vi har hybrid intrassling och lägger till brus, sker teleporteringen och kvanttillståndsöverföringen på ett nästan perfekt sätt", säger Dr. Olli Siltanen vars doktorsavhandling presenterade den teoretiska delen av den aktuella forskningen.
Generellt sett möjliggör upptäckten nästan idealisk teleportering trots förekomsten av viss typ av brus när fotoner används för teleportering.
"Medan vi har gjort många experiment på olika aspekter av kvantfysik med fotoner i vårt laboratorium, var det mycket spännande och givande att se detta mycket utmanande teleportationsexperiment slutfört framgångsrikt", säger Dr Zhao-Di Liu från University of Science and Technology i Kina, Hefei.
"Detta är ett betydande proof-of-princip-experiment i samband med ett av de viktigaste kvantprotokollen", säger professor Chuan-Feng Li från University of Science and Technology i Hefei.
Teleportering har viktiga tillämpningar, t.ex. vid överföring av kvantinformation, och det är av yttersta vikt att ha metoder som skyddar denna överföring från brus och kan användas för andra kvanttillämpningar.
Resultaten av den aktuella studien kan betraktas som grundforskning som har betydande grundläggande betydelse och som öppnar spännande vägar för framtida arbete med att utöka tillvägagångssättet till allmänna typer av bullerkällor och andra kvantprotokoll.
Mer information: Zhao-Di Liu et al, Att övervinna brus i kvantteleportering med hybridförveckling med flera partier, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj3435
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Åbo universitet
