Вчені в Нідерландах зробили великий крок до квантових комп'ютерних мереж, телепортуючи квантову інформацію між двома вузлами, які не мали прямого зв'язку один з одним. Прорив знаменує собою більш швидку і безпечну систему зв'язку.
Як випливає з назви, квантові комп'ютери використовують кілька принципів квантової механіки для виконання обчислень, недоступних традиційним комп'ютерам.
Крім того, квантові комп'ютери повинні бути пов'язані один з одним, щоб повністю розкрити свій потенціал - квантовий інтернет. Однак передача інформації між ними складна, тому що квантова природа цих даних робить їх вразливими до втрати або втручання з боку навколишнього середовища.
Замість цього інформація може бути по суті «телепортована» між вузлами завдяки явищу, відомому як квантова заплутаність. Дві частинки можуть настільки переплестися одна з одною, що неможливо описати одну без іншої, і будь-які зміни, внесені в одну, миттєво вплинуть на іншу, як би далеко вони не знаходилися один від одного. Ця концепція, як відомо, вибила з колії самого Ейнштейна, але неодноразово підтверджувалася експериментами.
У контексті квантової комп'ютерної мережі квантові біти (або кубіти) інформації можуть бути телепортовані у вузол шляхом внесення змін до його заплутаного партнера, зазвичай шляхом виконання так званого вимірювання стану Белла (BSM).
Це було продемонстровано раніше між двома сусідніми вузлами, але для нового дослідження вчені з колаборації QuTech змогли телепортувати інформацію між двома несусідніми вузлами.
Для цього потрібне використання третього вузла, який виступає як свого роду посередника - для простоти команда назвала три вузли Алісою, Бобом і Чарлі, кожен з яких містить кубіт на основі алмазу.
Щоб створити мережу, вчені спочатку створюють заплутані стани між Алісою і Бобом, а також між Бобом і Чарлі. Потім, виконуючи BSM у вузлі Боба, стани Аліси і Чарлі також стають заплутаними, навіть якщо вони не є сусідніми в мережі.
Щоб телепортувати інформацію Алісі, Чарлі починає з створення «повідомлення», записуючи дані в кубіт в пам'яті свого вузла. Це може бути 1, або 0, або в квантовій манері - дивний проміжний стан. Потім він виконує BSM для цього кубіта пам'яті і кубіту, який пов'язаний з кубітом Аліси. І так само кубить Аліси миттєво змінюється, щоб відобразити повідомлення Чарлі.
Однак, якщо Аліса хоче прочитати повідомлення, їй потрібно спочатку його розшифрувати, а у Чарлі є ключ. Результат BSM, який він виконав зі своїм кубітом, пояснює, яку операцію Аліса повинна виконати зі своїм кубітом, щоб розшифрувати телепортовану інформацію.
Дослідники з QuTech успішно впоралися з цим завданням під час безлічі експериментів з точністю близько 71 відсотка. Це було досягнуто завдяки кільком проривам, зробленим командою для захисту квантової інформації в мережі. По-перше, заплутаність між Алісою і Бобом повинна була зберігатися в кубіті квантової пам'яті, поки Боб формував зв'язок з Чарлі. Інші методи оптимізації зменшували шум у системі.
Досягнувши такої непрямої квантової телепортації, дослідники кажуть, що вони створили фундаментальний будівельний блок практичної квантової мережі. Ключовим наступним кроком є збільшення кількості кубітів пам'яті в системі, щоб збільшити кількість операцій, які вона може виконувати.
Вчені також планує дослідити, як телепортувати інформацію, що вже зберігається в квантовій пам'яті, замість того, щоб створювати повідомлення після встановлення зв'язку. Це дозволить здійснювати квантову телепортацію за запитом, що вкрай важливо, якщо ця технологія стане корисною реальністю.
Дослідження було опубліковано в журналі Nature.