Cercetătorii reușesc teleportarea cuantică simultană prin 100 de canale optice paralele
O echipă de cercetători de la Universitatea Normală din China de Est a demonstrat experimental teleportarea informației cuantice prin 100 de canale optice distincte spațial, simultan. Rezultatele, publicate în Physical Review Letters, introduc o arhitectură reconfigurabilă care ar putea fi extinsă către rețele cuantice de amploare mai mare.
Rețelele de comunicații cuantice sunt alcătuite din noduri conectate care schimbă informație codificată în stări cuantice, cu potențial pentru comunicații mai sigure între dispozitive cuantice aflate la distanță. Teleportarea cuantică este o tehnică prin care o stare cuantică purtătoare de informație este transferată între două sisteme folosind entanglarea cuantică — un fenomen care corelează proprietățile mai multor sisteme cuantice chiar și atunci când acestea sunt separate.
Echipa condusă de Jietai Jing a dezvoltat o arhitectură spațială programabilă în care modurile optice separate natural pot funcționa ca canale independent controlabile pentru teleportare cuantică paralelă la scară largă. Cercetătorii au explorat modul în care proprietățile multimodale ale amestecului cu patru unde pot fi utilizate pentru a implementa această arhitectură pentru stări cuantice optice cu variabile continue.
Abordarea experimentală are două componente cheie. Prima implică utilizarea unui modulator spațial de lumină programabil, care afișează holograme generate pe calculator pentru a modela lumina într-o matrice optică de 10 × 10, cuprinzând 100 de moduri optice separate și controlabile independent. Această matrice poate fi reconfigurată prin actualizarea modelului afișat pe dispozitiv. Cercetătorii au folosit amestecul cu patru unde în vapori fierbinți de rubidium pentru a genera matricea corespunzătoare de entanglare EPR și au modelat fasciculul de pompă într-un profil aproape uniform, astfel încât diferite părți ale matricei să experimenteze interacțiuni neliniare similare.
A doua componentă este o metodă pur optică ce permite aplicarea, pe toate cele 100 de canale, a deplasării necesare pentru reconstrucția informației cuantice teleportate, fără a măsura și procesa fiecare canal în parte. Prin proiectarea matricei de intrare de 10 × 10 și a matricei de entanglare EPR corespunzătoare pentru a satisface condițiile de potrivire de fază ale aceluiași amplificator parametric, toate cele 100 de moduri pot fi procesate simultan într-un singur mediu de amestec cu patru unde. La stația de recepție, câmpul optic de feedforward este combinat cu cealaltă jumătate a matricei de entanglare EPR, astfel încât operațiile de deplasare necesare au loc și ele în paralel.
Cercetătorii au demonstrat experimental teleportarea cuantică paralelă prin 100 de canale optice distincte spațial și au teleportat o imagine în formă de „Q”, obținând fidelități care au depășit limitele clasice corespunzătoare. Arhitectura ar putea fi extinsă pentru a realiza rețele de comunicații și mai mari.
„Arhitectura noastră ar putea fi folosită potențial pentru a genera și manipula stări cuantice codificate spațial la scară largă”, a explicat Jing. „Pe termen lung, ar putea susține și transferul paralel de stări cuantice, rețele cuantice multi-nod, procesarea distribuită a informației cuantice și operații bazate pe teleportare care acționează asupra multor moduri simultan.”
În experimentul actual, matricea de 10 × 10 a fost limitată în principal de puterea de pompă disponibilă pentru amplificatorul parametric cu zgomot redus. Cercetătorii anticipează că lasere de putere mai mare și amplificatoare conice ar putea susține matrice mai mari. În studii viitoare, echipa plănuiește să crească numărul de canale spațiale și să investigheze modul în care aceeași arhitectură scalabilă spațial poate fi utilizată dincolo de teleportare — de exemplu, pentru a genera stări cuantice la scară mai mare și a implementa alte protocoale de informație cuantică paralelă.
