Сотрудники Научно-технического университета Китая и Шанхайского
института технической физики сумели телепортировать кубиты на
расстояние в 97 км. Напомним: Квантовая телепортация была впервые
реализована пятнадцать лет назад. В том лабораторном опыте
использовались фотонные кубиты, которые, как позже выяснилось, отлично
подходят и для работы в «реальных условиях»: уже в начале двухтысячных
появились сообщения о телепортации на расстояние в ~1 км по оптоволокну.
Однако потери в оптоволокне серьёзно ограничивали дальность, что
заставило учёных экспериментировать с передачей в свободном
пространстве. Два года назад в одном из таких опытов квантовое состояние
фотона было передано на 16 километров. Китайские физики построили
свой эксперимент по традиционной схеме, согласно которой в процессе
участвуют трое: Алиса (по принятым в криптографии правилам —
отправитель), Боб (адресат) и Чарли. У Алисы имеется фотон 1 в
произвольном квантовом состоянии, которое необходимо передать Бобу.
Чтобы помочь ей, Чарли создаёт пару квантово запутанных фотонов 2 и 3 и
отсылает один из них отправителю, а второй — принимающей стороне. Затем
Алиса производит измерение над своей системой из двух фотонов и сообщает
его результат — по обычному классическому каналу связи — Бобу.
Последний, получив сообщение, совершает необходимое преобразование над
фотоном 3, приводя его состояние к тому виду, какой имело состояние
кубита 1. На этом телепортация завершается. 
Оборудование,
которое использовали Алиса (b), Боб (c) и Чарли (а) для передачи
квантового состояния. PI — зеркало с пьезокерамическим приводом, PBS —
поляризационный светоделитель, HWP и QWP — полу- и четвертьволновая
пластинки, BS — светоделитель, DM — дихроическое зеркало, IF
—интерференционный фильтр, BBO и LBO — кристаллы, используемые для
создания пар запутанных фотонов и удвоения частоты, CL — цилиндрическая
линза, T1, T2, R1 и R2 — детекторы. (Иллюстрация авторов работы.) Физическая
реализация этой схемы, предложенная авторами, также не отличается
оригинальностью. Для создания запутанных пар фотонов учёные использовали
излучение фемтосекундного УФ-лазера, получаемое путём удвоения
частоты из импульсов ближнего ИК-диапазона с длиной волны в 788 нм.
Подготовленные УФ-импульсы направлялись на кристалл бета-бората бария,
где в процессе спонтанного параметрического рассеяния рождались
запутанные по поляризации фотоны 2 и 3. Частицу 2 посылали Алисе,
расположенной рядом, а фотон 3 по отрезку оптоволокна передавался на
обычный телескоп-рефрактор и отправлялся к Бобу, на другой берег горного
озера Цинхай. На стороне Боба был смонтирован
40-сантиметровый телескоп-рефлектор, выполнявший функции приёмника. Единственной
нестандартной деталью, которая и обеспечила возможность телепортации на
многокилометровое расстояние, стала система слежения. Её задача, как
несложно догадаться, заключалась в том, чтобы ориентировать оптические
элементы и наладить бесперебойную связь. В состав системы входили
непрерывный, работавший на длине волны в 532 нм, и импульсный
(отвечавший за синхронизацию) лазеры, установленные на стороне Чарли, а
также мощный 671-нанометровый лазер на стороне Боба. Лазерное излучение
фиксировалось камерами и так называемыми четырёхквадрантными детекторами
(сборками из четырёх детекторов света, соединённых в мостовую схему), и
в случае необходимости автоматика подавала сигнал на поворотные
платформы и зеркала с пьезокерамическим приводом. При испытаниях
эта система проявила себя с наилучшей стороны. Собирая данные в течение
14 400 секунд, учёные зарегистрировали 1 171 случай успешной квантовой
телепортации. По мнению авторов, построенный ими комплекс
слежения, способный быстро и точно реагировать на перемещения, подойдёт и
для будущих экспериментов по организации квантовой связи на
сверхбольших дистанциях с помощью спутников. Препринт статьи, подготовленной исследователями из Китая, можно загрузить с сайта arXiv. Подготовлено по материалам Technology Review. |