Ученые впервые телепортировали фотон между двумя разными источниками на 270 метров

Международная группа исследователей, включая ученых из Падерборнского университета, достигла важной вехи на пути к созданию квантового интернета. Впервые им удалось успешно телепортировать состояние поляризации одиночного фотона от одной квантовой точки к другой, физически отделенной от первой. Простыми словами, свойства одного фотона были перенесены на другой посредством квантовой телепортации.

Это достижение является ключевым шагом для будущих квантовых коммуникационных сетей. В ходе эксперимента исследователи использовали свободное оптическое пространство длиной 270 метров для соединения систем. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Communications.

Профессор Клаус Йёнс, возглавляющий исследовательскую группу «Гибридные фотонные квантовые устройства» и входящий в совет Института фотонных квантовых систем (PhoQS) Падерборнского университета, пояснил: «Эксперимент впечатляюще демонстрирует, что квантовые источники света на основе полупроводниковых квантовых точек могут стать ключевой технологией для будущих квантовых коммуникационных сетей. Успешная квантовая телепортация между двумя независимыми квантовыми излучателями — это жизненно важный шаг на пути к масштабируемым квантовым ретрансляторам и, следовательно, к практической реализации квантового интернета».

Ранее фотоны для телепортации поступали из одного и того же источника. Использование отдельных квантовых излучателей для реализации квантового ретранслятора между независимыми сторонами оставалось недостижимым. Около десяти лет назад профессора Йёнс и Тротта разработали план использования квантовых точек в качестве источников запутанных фотонных пар. Их последний успех подтвердил, что этот долгосрочный подход сработал.

Прорыв стал возможен благодаря вкладу нескольких исследовательских центров по всей Европе. Квантовые точки были точно изготовлены в Университете Иоганна Кеплера в Линце, нанофабрикация резонаторов проводилась партнерами в Вюрцбургском университете. Сами эксперименты по телепортации прошли в Римском университете Сапиенца, где ученые соединили два здания с помощью 270-метрового оптического канала в свободном пространстве.

Система использовала GPS-синхронизацию, сверхбыстрые детекторы одиночных фотонов и методы стабилизации для противодействия атмосферной турбулентности. Достигнутая точность (фиделити) состояния телепортации составила до 82 ± 1%, что более чем на 10 стандартных отклонений превышает классический предел.

Это достижение открывает путь к следующей цели — демонстрации «обмена запутанностью» между двумя квантовыми точками, что позволит создать первый квантовый ретранслятор. Почти одновременно другая исследовательская группа из Штутгарта и Саарбрюккена сообщила о подобном достижении с использованием преобразования частоты. Вместе эти результаты знаменуют важную веху для квантовых исследований в Европе и приближают видение функционального квантового интернета к реальности.