Korak bliže kvantnoj teleportaciji: Naučnici prvi put uspeli da urade ono što 25 godina nije bilo moguće

Više od 25 godina naučnici su pokušavali da pronađu način da direktno identifikuju jednu od važnih vrsta višefotonske kvantne sprege. Istraživači sa Univerziteta u Kjotu i Univerziteta u Hirošimi sada su prvi put eksperimentalno pokazali metod koji može da prepozna takozvano W-stanje, što bi moglo da otvori nove mogućnosti za kvantnu teleportaciju, komunikaciju i računanje.

Kvantna sprega je pojava u kojoj čestice ne mogu da se opišu kao potpuno nezavisni sistemi. Njihova svojstva ostaju povezana na način koji nema jednostavan ekvivalent u klasičnoj fizici, zbog čega je sprega postala jedan od temelja razvoja kvantnih tehnologija.

Preporučujemo

Problem nastaje kada se broj čestica poveća. Klasična metoda poznata kao kvantna tomografija zahteva veliki broj merenja kako bi se rekonstruisalo kvantno stanje, a količina potrebnih podataka raste eksponencijalno sa brojem fotona. To brzo postaje ozbiljna prepreka za složenije kvantne sisteme.

Zbog toga je posebno važno takozvano entangled measurement, odnosno merenje koje omogućava da se kvantno stanje identifikuje direktnije, bez prikupljanja ogromnog broja pojedinačnih merenja i naknadne rekonstrukcije.

Takav pristup već je postojao za jednu vrstu višefotonske sprege, poznatu kao GHZ-stanje. Međutim, za W-stanje nije postojao uporediv metod koji bi bio i teorijski predložen i eksperimentalno potvrđen.

Japanski tim je pokušao da reši upravo taj problem. Istraživači su iskoristili posebnu matematičku osobinu W-stanja, poznatu kao ciklična simetrija, i na njenoj osnovi razvili fotonsko kvantno kolo koje koristi kvantnu Furijeovu transformaciju.

Zatim su napravili uređaj i testirali ga sa tri fotona. Pažljivo odabranim polarizacionim stanjima pokazali su da sistem može da razlikuje različita trofotonska W-stanja, od kojih svako predstavlja određenu vrstu kvantne korelacije između fotona. Tim je takođe izmerio vernost sistema, odnosno koliko pouzdano uređaj daje očekivani rezultat.

Važno je da ovaj rezultat ne znači da su naučnici napravili teleportaciju ljudi ili materije. Kvantna teleportacija odnosi se na prenos kvantne informacije, odnosno kvantnog stanja, uz pomoć kvantne sprege. Sama materija ne nestaje na jednom mestu i ne pojavljuje se na drugom.

Novi metod mogao bi da bude važan upravo zato što omogućava efikasnije proučavanje složenih višefotonskih stanja. Istraživači navode potencijalne primene u kvantnoj teleportaciji, kvantnoj komunikaciji i računarstvu zasnovanom na merenjima, uključujući prenos višefotonskih spregnutih stanja.

Ipak, ovo je za sada laboratorijski eksperiment sa tri fotona. Sledeći cilj tima jeste da metod primeni na veće i složenije kvantne sisteme, kao i da razvije fotonska kvantna kola koja bi mogla da se postave direktno na čip.

Rad istraživača Geobae Parka, Holgera F. Hofmana, Rija Okamota i Šigekija Takeučija objavljen je u časopisu Science Advances.

(Telegraf.rs)