Компанія Nature Communications опублікувала дослідження міжнародної групи Wits та ICFO — Інституту фотонних наук, яке демонструє подібну телепортацію транспортування «зразків» світла — це перший підхід, який може передавати зображення мережею без фізичного відправлення зображення та вирішальний крок на шляху реалізації квантової мережі для багатовимірних заплутаних станів.

Квантовий зв’язок на великих відстанях є невід’ємною частиною інформаційної безпеки та був продемонстрований за допомогою двовимірних станів (кубітів) на дуже великих відстанях між супутниками. Цього може здатися достатнім, якщо порівняти його з класичним аналогом, тобто надсилання бітів, які можуть бути закодовані в 1 (сигнал) і 0 (немає сигналу), по одному.

Однак квантова оптика дозволяє розширити алфавіт і надійно описати більш складні системи в одному кадрі, наприклад, унікальний відбиток пальця або обличчя.

«Традиційно дві сторони, що спілкуються, фізично передають інформацію від однієї до іншої, навіть у квантовій сфері», — каже професор Ендрю Форбс, провідний науковий співробітник Університету Вітса.

«Тепер можна телепортувати інформацію, щоб вона ніколи фізично не переміщувалася через з’єднання — технологія «Зоряного шляху» стала реальною». На жаль, поки що телепортація була продемонстрована лише в тривимірних станах (уявіть собі трипіксельне зображення), тому для досягнення вищих вимірів потрібні додаткові заплутані фотони.

У цьому дослідженні команда провела першу експериментальну демонстрацію квантового транспорту високовимірних станів лише з двома заплутаними фотонами як квантовим ресурсом, що призвело до того, що інформація була «телепортована» від відправника до одержувача. Щоб досягти успіху, команда використала нелінійний оптичний детектор, який обходить потребу в додаткових фотонах, але працює для будь-якого «зразка», який потрібно надіслати.

Вони повідомляють про новий сучасний стан 15 вимірювань, причому схема масштабується до ще більш високих вимірювань, що відкриває шлях для квантових мережевих з'єднань з високою інформаційною ємністю.

Практичні застосування в банківській справі

Уявіть собі клієнта, який бажає надіслати до банку конфіденційну інформацію, наприклад, відбиток пальця. У традиційній квантовій комунікації інформація має бути фізично відправлена від клієнта до банку, завжди з ризиком перехоплення (навіть якщо вона безпечна). У нещодавно запропонованій схемі квантового транспорту банк відправляє одиночний фотон (один із заплутаної пари) без будь-якої інформації клієнту, який накладає на нього на нелінійному детекторі інформацію, яка має бути надіслана.

У результаті інформація з'являється в банку точно так, ніби її туди телепортували. Жодна інформація фізично ніколи не надсилається між двома сторонами, тому перехоплення безрезультатне, тоді як квантовий зв’язок, що з’єднує сторони, встановлюється шляхом обміну квантово заплутаними фотонами.

«Цей протокол має всі ознаки телепортації, за винятком однієї важливої складової: він вимагає яскравого лазерного променя, щоб зробити нелінійний детектор ефективним, щоб відправник міг знати, що має бути надіслано, але не обов’язково знати», — пояснює Форбс.

"У цьому сенсі це не зовсім телепортація, але вона могла б стати такою в майбутньому, якби нелінійний детектор можна було зробити більш ефективним". Навіть у нинішньому вигляді він відкриває новий шлях для з'єднання квантових мереж, відкриваючи нелінійну квантову оптику як ресурс.

«Ми сподіваємося, що цей експеримент, який показує здійсненність процесу, спонукає до подальшого прогресу в спільноті нелінійної оптики, розсуваючи межі повної квантової реалізації», — говорить доктор Адам Валлес з ICFO (Барселона), один із керівників проекту, який працював над експериментом під час свого постдокторського стажування у Wits.

«Тепер ми повинні бути обережні, оскільки ця конфігурація не може завадити відправнику-шахраю зберегти якісніші копії інформації для телепортації, а це означає, що ми можемо зрештою отримати безліч клонів містера Спока у світі «Зоряного шляху», якщо це те, що Скотті у розшуку."

"З практичної точки зору, конфігурація, яку ми зараз демонструємо, вже може бути використана для створення багатовимірного безпечного каналу для квантового зв'язку між двома сторонами, за умови, що протокол не потрібно снабжати одиночними фотонами, як це був би випадок квантових повторювачів".

Визнаючи дослідження Ph.D.

Валлес додає: «Виконання таких експериментів з підтвердженням концепції з доступною на даний момент технологією було цікавою подорожжю, і ми маємо подякувати доктору Береніс Сефтон з Вітса за її рішучість і комплексний набір навичок, необхідних для приборкання такого експериментального звіра. Це справжня лабораторна робота, за яку її слід похвалити».

Форбс повторює цю думку: «Це був героїчний експеримент, і слід визнати доктора Беренійс Сефтон, оскільки вона змусила систему працювати та провела ключові експерименти».

Команда планує продовжувати роботу в цьому напрямку, наступним кроком буде зосередитися на квантовому транспорті через оптоволоконну мережу.

Джерело: Phys.org