Международной группе ученых, возглавляемой Антоном Зеилингером (Anton Zeilinger) и Марио Креном (Mario Krenn) из Института квантовой оптики и квантовой информации (Institute for Quantum Optics and Quantum Information) австрийской Академии Наук, удалось запутать два фотона света в 103 квантовых измерениях. Под понятием квантового измерения подразумевается одна из квантовых характеристик частиц света, а предыдущий рекорд количества запутанных квантовых измерений фотонов составлял всего 11. Данное достижение позволит обеспечить большую скорость, защищенность систем квантовых коммуникаций, более высокую скорость и надежность обработки информации в квантовых компьютерах будущего.

В настоящее время для расширения возможностей квантовых вычислительных систем ученые использовали запутывание на квантовом уровне большего количества частиц, выступающих в роли квантовых битов. В свое время мы уже рассказывали о создании квантового регистра, состоящего из 14 запутанных частиц.

Но в подобных системах запутывание частиц вовлекает запутывание всего одной-двух квантовых характеристик частицы. Это, в свою очередь, может обеспечить лишь слабый уровень стабильности создаваемой квантовой системы, которая в большой степени подвержена влиянию явления декогеренции, разрушению квантовых связей под воздействием различных факторов окружающей среды.

Для преодоления вышеупомянутых проблем ученые не стали пытаться запутать между собой множество частиц, они произвели единственную пару запутанных фотонов, но запутанных так, что изменение любого из 103 параметров одного фотона, к примеру, фазы, углового момента, интенсивности, приводило к изменению аналогичного параметра второго фотона. Таким образом,

квантовая система из этих частиц может находиться более чем в 100 квантовых состояниях, а если принять в расчет положение квантовой суперпозиции, то число состояний системы увеличивается во много раз.

Главной проблемой области квантовых коммуникаций является квантовый шум, возникающий при передаче запутанных фотонов на большие расстояния. Этот шум при стечении некоторых неблагоприятных условий может послужить даже причиной разрыва призрачной квантовой связи. Для преодоления этой проблемы сейчас создаются устройства, называемые квантовыми ретрансляторами, использование которых позволяет увеличить дальность действия «двухмерной» квантовой запутанности, но при использовании более стабильной многомерной квантовой запутанности надобность в таких устройствах полностью отпадет.

«Эта "многомерная» квантовая запутанность имеет огромный потенциал для применения в области квантовых коммуникаций и квантовой обработки информации. К примеру, в области квантовой криптографии наш метод запутывания позволит поддерживать безопасную передачу информации в самых сложных условиях, при высоком уровне шумов и даже при постороннем вмешательстве к коммуникационный канал« – рассказывает Маркус Хубер (Marcus Huber), исследователь из университета Барселоны (Universitat Autonoma de Barcelona, UAB), – "Кроме этого, многомерное запутывание частиц позволит облегчить создание высокопроизводительных квантовых компьютеров, которые станут работать намного стабильней и будут в меньшей степени зависеть от пагубного влияния разных факторов окружающей среды».

Следует заметить, что

ученым пока удалось получить лишь единичные пары многомерно запутанных фотонов. Поэтому они сейчас работают в направлении создания квантовых установок, способных вырабатывать постоянный поток многомерно запутанных фотонов, и, лишь после создания подобной малогабаритной установки можно будет начинать думать о начале практического коммерческого использования возможностей, предоставляемых многомерно запутанными квантовыми частицами.