Ученые всего мира уже в течение нескольких лет владеют технологиями и методами квантовой телепортации, позволяющей передавать информацию на квантовом уровне от одного к другому фотону света. Впервые квантовая телепортация между фотонами света и атомами вещества была осуществлена в 2006 году учеными из института Нильса Бора (Niels Bohr Institute). Теперь эта же самая группа ученых добилась успеха в реализации квантовой телепортации между двумя газообразными облаками, состоящими из атомов тяжелых элементов.

При этом, передача квантовой информации осуществлялась не один или несколько раз, она осуществлялась успешно при каждой попытке передачи.

«Наши успехи – очень важный шаг в деле исследования и разработки новых квантовых технологий передачи информации, позволяющих создать устойчивый и стабильный канал передачи информации» – рассказывает Юджин Ползик (Eugene Polzik), профессор из института Нильса Бора и руководитель исследовательского центра Quantop в университете Копенгагена.

Рис. 1.

Эксперименты по квантовой телепортации проводились в одной из лабораторий, находящейся под землей ниже помещений института Нильса Бора. В этой лаборатории были установлены две стеклянных емкости, контейнера, в которых находилось газообразное облако, состоящее из миллиарда атомов цезия. Эти два контейнера не были связаны физически друг с другом, а передача квантовой информации осуществлялась с помощью лазерного света.

Стеклянные контейнеры были помещены в магнитное поле, что позволило упорядочить вращение электронов внешнего слоя атомов цезия, заставив их вращаться в одной определенной плоскости. Квантовой информацией, которая затем была передана с помощью телепортации, являлось направление вращения вышеупомянутых электронов. Вращение в одну сторону соответствовало 1, а вращение электрона в обратную сторону – 0, подобно тому, как кодируется информация в обычных компьютерах.

Свет исходного лазера освещал атомы цезия, находящиеся в одном из контейнеров. Поглощая фотоны света, атомы цезия излучают новые фотоны определенной длины волны, запутанные на квантовом уровне с этими атомами и которые направляются во второй контейнер. Там эти фотоны поглощались атомами цезия, которые становились запутанные с атомами, находящимися в первом контейнере. Изменяя с помощью света лазера квантовое состояние атомов цезия в первом контейнере, ученые добились синхронного изменения состояния атомов во втором контейнере, которое считывалось с помощью света еще одного лазера и чувствительного фотодатчика.

Точно таким же образом инициировался квантовый канал, позволяющий передавать данные и в обратном направлении, но самое интересное заключается в том, что все это происходило при комнатной температуре, в отличие от других экспериментов, в которых атомы вещества охлаждались до сверхнизких температур. При комнатной температуре атомы цезия движутся со скоростью приблизительно 200 метров в секунду, из-за чего они постоянно сталкиваются со стенками контейнера. В обычных условиях столкновение привело бы к потере атомом его квантовой информации, но ученые нашли достаточно простой способ, позволяющий избежать потери информации.

Рис. 2.

«Мы использовали покрытие внутренних стенок стеклянного контейнера специальным составом, похожим на парафин. При столкновении с таким покрытием атомы цезия не теряют заключенную в них квантовую информацию» – рассказывает профессор Юджин Ползик, – «Это походит на очень простое решение, но его разработка была сопряжена со многими трудностями и потребовала значительных усилий наших ученых».

Еще одним достижением стала разработка высокочувствительного фотодатчика, который регистрирует фотоны и позволяет считывать содержащуюся в них квантовую информацию. Именно благодаря этому датчику квантовый канал передачи данных работает стабильно, устойчиво и без ошибок во время передачи информации.

«В нашем эксперименте расстояние между двумя контейнерами составляло всего половину метра, это связано с ограничениями, определяемыми размерами самой лаборатории, в которой проводились эксперименты» – объясняет профессор Ползик, – «Мы без особых затруднений можем увеличить дальность квантовой связи, если бы у нас появится необходимое пространство и возможности. С помощью нашего метода мы можем передавать информацию на спутник и принимать на Земле информацию, передаваемую этим спутником по квантовому каналу».