Bezprzewodowe splątanie

Nieco ponad rok temu sensacją było splątanie - czyli teleportacja właściwości - dwóch atomów oddalonych od siebie na odległość metra i połączonych światłowodem. Teraz naukowcy z Joint Quantum Institute (JQI) oraz University of Maryland (UMD) dokonali tego samego, ale bez pośrednictwa światłowodu. Tym samym udowodnili, że możliwe jest bezprzewodowe przekazanie informacji kwantowej na odległość 1 metra. Naukowcy opracowali metodę, która w 90% przypadków umożliwia bezproblemowy przesył informacji. Twierdzą przy tym, iż odsetek ten można zwiększyć.

Christopher Monroe z JQI mówi, że pozwala ona nie tylko stworzyć sieć kwantowych układów pamięci, ale, po skojarzeniu z technikami operacji na kwantowych bitach, umożliwi przeprowadzanie kwantowych obliczeń. To właśnie jego zespół dokonał przed kilkunastoma miesiącami przewodowego splątania.

Uczeni wykorzystali, podobnie jak i wówczas, iterb. Jego jony zostały zamknięte w specjalnych pułapkach, a akademicy zidentyfikowali dwa odmienne stany energetyczne, które mogły służyć jako bity.

Początkowo dwa jony ustawiono w pozycjach wyjściowych. Następnie jon A poddano działaniu mikrofali, które ustawiły go w jednym ze stanów energetycznych. W ten sposób zapisano w nim informację. Później oba jony zostały potraktowane pikosekundowymi impulsami światła laserowego. Trwały one tak krótko, że każdy jon wyemitował tylko jeden foton. Każdy z fotonów przybierał jeden z dwóch kolorów (czerwony lub niebieski), w zależności od stanu kwantowego bitu (qubitu). Fotony były wyłapywane przez soczewki, kierowane do różnych nitek światłowodu, którymi wędrowały do zwierciadła półprzezroczystego. Jest ono skonstruowane w ten sposób, że istnieje 50-procentowa szansa, iż foton przejdzie przez zwierciadło i 50-procentowa - że się od niego odbije.

Po każdej ze stron zwierciadła umieszczono detektory, reagujące na fotony. Oba fotony, gdy docierają do zwierciadła, mogą dać cztery różne kombinacje (niebieski-niebieski, czerwony-czerwony, niebieski-czerwony i czerwony-niebieski). Istnieje jedna i tylko jedna kombinacja, która powoduje, że każdy z fotonów wpada do osobnego wykrywacza. W innych przypadkach jeden z fotonów się odbije, a drugi przejdzie przez lustro i oba trafią do tego samego wykrywacza.

Sytuacja, w której fotony trafiają do osobnych detektorów, zdarza się rzadko, tak więc konieczne jest wysyłanie tysięcy fotonów w ciągu sekundy. Gdy jednak już trafią one do osobnych detektorów, jest to sygnał, iż pomiędzy jonami iterbu doszło do kwantowego splątania. Wówczas naukowcy mierzą stan jonu A. Sam akt pomiaru zmienia jego stan, ale, ponieważ A jest splątany z B, to zmianie ulega też stan jonu B. W zależności od tego, jaki stan przybrał A, naukowcy dokładnie wiedzą, jakie właściwości powinny mieć mikrofale, by udało się odczytać informację z jonu B. Informację, która została mu przekazana przez jon A.

Jak podkreślają uczeni, w rzeczywistości informacja nigdzie nie wędruje. Ona po prostu podczas pomiaru znika z jonu A i pojawia się w jonie B.

Szczególną zaletą naszej metody jest połączenie wyjątkowych właściwości fotonów i atomów. Fotony idealnie nadają się do szybkiego przekazywania informacji na duże odległości, a atomy są dobrym medium do długotrwałego przechowywania informacji w pamięci - mówi Monroe.

splątanie kwantowe foton iterb Christopher Monroe