Учёные телепортировали изображение сразу по 100 квантовым каналам

Это звучит как научная фантастика: квантовое состояние одной системы можно перенести, или «телепортировать», в другую систему, находящуюся на значительном расстоянии. Тем не менее если в будущем квантовые компьютеры будут обмениваться данными через крупные сети, им понадобится способ передавать одновременно большие объёмы квантовой информации. Для этого квантовую телепортацию необходимо масштабировать.

Группа физиков под руководством Цзетая Цзина из Восточно‑Китайского педагогического университета осуществила квантовую телепортацию сразу по 100 параллельным каналам. Возможности системы продемонстрировали, телепортировав квантовую информацию, закодированную в изображении из 100 пикселей.

Несмотря на название процесса, «квантовая телепортация» не означает, что материя исчезает в одном месте и появляется в другом. Вместо этого квантовое состояние одной системы передаётся другой с использованием заранее разделяемого запутанного состояния и классической связи.

Большинство экспериментов по квантовой телепортации использовали один канал или сравнительно небольшое количество мультиплексированных каналов. Однако крупной квантовой сети придётся одновременно функционировать со множеством квантовых состояний. Цзин и его коллеги сформировали 100 пространственно разделённых мод света в виде сетки 10×10. Каждой модой можно было управлять независимо, что практически дало исследователям 100 отдельных каналов квантовой телепортации. Затем учёные создали соответствующий массив запутанного света и разработали полностью оптическую систему, способную обрабатывать все 100 каналов параллельно без отдельной электронной обработки каждого из них. После этого систему испытали с помощью «изображения», хотя речь не идёт о картинке, исчезающей в одном месте и возникающей в другом.

Изображение закодировали в массиве 10 х 10 пространственных оптических мод, каждая из которых играла роль одного пикселя. Точнее, телепортировалось квантовое состояние непрерывных переменных оптического поля в каждой моде. Вместе эти моды образовывали картину интенсивности в форме буквы Q. Исследователи параллельно телепортировали квантовое состояние каждой моды и восстановили рисунок на принимающей стороне. Средняя точность воспроизведения квантового состояния составила 0,60 при среднем классическом пределе 0,52. Во всех 100 пространственных модах результат превосходил соответствующий классический предел.

Вместо отдельной системы телепортации для каждого канала новая архитектура даёт возможность одновременно функционировать со всем массивом пространственных оптических мод. В перспективе такой решение может дать квантовым сетям то, что им крайне необходимо: высокую пропускную способность за счёт параллельной передаче квантовой информации по множеству каналов.