Атомы цезия помогли осуществить прорыв в изучении квантовой телепортации

В течение нескольких последних лет ученые всего мира интенсивно работают над технологиями и методами квантовой телепортации, позволяющими передавать данные на квантовом уровне от одного фотона света к другому.

Еще в 2006 году ученым из института Нильса Бора удалось осуществить телепортацию между фотонами света и атомами вещества. В настоящее время этой же команде ученых удалось доказать возможность квантовой телепортации информации на примере двух газообразных облаков. Более того, все попытки передачи информации были успешными. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Nature Physics.

«Достижение стабильных результатов и успех при каждой попытке – это очень важный шаг на пути к созданию новых квантовых технологий передачи информации», — сказал Юджин Ползик, профессор института Нильса Бора и руководитель исследовательского центра Quantop в университете Копенгагена.

Исследования проводились в лабораториях, которые расположены в подвальных помещениях института Нильса Бора. Для эксперимента ученые использовали два стеклянных контейнера, в которых находились газообразные облака, содержащие миллиарды атомов цезия. Эти два контейнера никаким образом не были связаны между собой, а передача информации осуществлялась при помощи лазерного света.

Оба контейнера были помещены в специальную камеру с магнитным полем. В то время когда лазерный свет (с определенной длиной волны) достигал атомов цезия, электроны внешнего слоя начинали вращаться в этом же направлении. Стоит отметить, что электроны при этом могут вращаться как в направлении света, так и в противоположном. Таким же образом данные кодируются в обычных компьютерах. Напомним, что обычные компьютеры работают с бинарными данным (единицами и нулями), а квантовые компьютеры – с кубитами, которые могут принимать значение единиц, нолей, а также одновременно и тех и других. Вращение электронов в одну сторону соответствует единице, а в другую – нулю.

Изначально свет направляется в первый контейнер, а затем происходит квантовое явление, – фотоны света и атомы запутываются на квантовом уровне. Данное явление квантовой запутанности указывает на полную синхронизацию объектов.

Поглощая фотоны света, атомы цезия излучают новые фотоны определенной длины волны, запутанные на квантовом уровне с данными атомами, которые направляются в другой контейнер. Во втором контейнере данные фотоны поглощались атомами цезия и становились запутанными с атомами в первом контейнере. Благодаря лазеру и специальному датчику ученым удавалось синхронно изменять квантовое состояние атомов цезия в обоих контейнерах и передавать данные из одного контейнера в другой.

Примечательно, ученые проводили эксперименты при комнатной температуре и не охлаждали атомы цезия до сверхнизких температур, как в большинстве подобных экспериментов. При комнатной температуре скорость передвижения атомов цезия составляет 200 метров в секунду. Таким образом, они постоянно сталкивались со стенками контейнеров. В обычных условиях из-за столкновений атомы неизбежно теряли бы квантовую информацию, но ученые нашли выход из данной сложной ситуации, покрыв стенки стеклянных контейнеров специальным веществом, которое по составу похоже на парафин.

Отдельно стоит упомянуть о разработке специального датчика, который регистрирует фотоны и позволяет считывать содержащуюся в них квантовую информацию. Именно благодаря данному высокочувствительному датчику квантовый канал передачи данных работает стабильно и безотказно.

Согласитесь, одно дело передавать данные на расстоянии всего 0,5 метра, а другое по всему миру. Правда, Юджин заверяет, что расстояние не имеет значения.

«Полуметровое расстояние между контейнерами обусловлено размерами лаборатории. Если у нас появится необходимое пространство и возможности, мы без особых трудностей сможем использовать квантовый канал для передачи информации на спутник и обратно на Землю».

Не так давно стало известно, что компания Google также серьезно задумалась над исследованием телепортации.