Эксперименты физиков из «Caltech»
В журнале «Science» группа физиков из «Caltech» пишет об успешно проведенной передаче квантового состояния света с одного конца оптической скамьи на другой без пересечения светом какой-либо физической среды, то есть о квантовой телепортации света.
Особенностью эксперимента, выполненного физиками в «Caltech», является высокая «точность» (fidelity) телепортации. Этот термин определяет то, насколько точно получатель (Боб) может воспроизвести квантовое состояние, посланное отправителем (Алисой).
«В истинной телепортации неизвестное квантовое состояние поступает на вход установки Алисы, и похожее неизвестное состояние возникает на удаленной станции Боба», – говорит профессор Кимбл (Kimble) из «Caltech». «Более того, сходство входа и выхода, количественно выражаемое точностью, должно превышать сходство, возможное при общении Алисы и Боба по классическим каналам коммуникации, например, по телефону. Хотя можно говорить об удивительном прогрессе в данной области, до сих пор не была продемонстрирована телепортация, удовлетворяющая этим критериям».
В своем эксперименте группа из «Caltech» генерировала экзотические пучки света, известные как «сжатый вакуум» (squeezed vacuum). После этого пучки расщеплялись: одна часть направлялась к Алисе, другая – к Бобу. Фотоны из ЭПР-пучков (из сжатого вакуума), переданные Алисе и Бобу, обладают тем удивительным свойством, что вся информация содержится только в паре фотонов Алисы и Боба, но не в индивидуальных фотонах. За счет такой «запутанности» (entanglement) измерение, проведенное в одном месте, влияет на квантовое состояние света, находящегося в другом месте.
Кратко напомним схему телепортации. После того как Алиса и Боб получили разделенные, но запутанные ЭПР-пучки света, Алиса проводит совместные измерения над своей частью ЭПР-пар и входным пучком света, который она собирается телепортировать. При этом входной пучок разрушается, а результаты измерений передаются Бобу по классическому каналу связи. Боб использует полученную классическую информацию для трансформации своей части ЭПР-пар в выходной пучок света, очень похожий на входной пучок Алисы, таким образом, воспроизводится неизвестное квантовое состояние на расстоянии.
Эксперимент Кимбла уникален тем, что в нем появляется третий участник, Виктор, который «проверяет» различные параметры протокола Алисы и Боба. Именно Виктор генерирует и посылает Алисе входной пучок света для телепортации, а затем сопоставляет выходной пучок, полученный от Боба, с оригиналом на предмет точности.
«Ситуация напоминает своего рода «квантовую» телефонную компанию, управляемую Алисой и Бобом», – говорит Кимбл. «Подписавшись на согласованный заранее тип протокола, клиент (то есть Виктор) использует его для телепортации квантовых состояний, не раскрывая при этом компании сами состояния. Затем Виктор проводит независимую «оценку качества» услуг компании Алисы и Боба».
Эксперимент, поставленный группой Кимбла, в очередной раз выявляет необычную «взаимосвязанность» объектов квантового мира, которая, возможно, в будущем будет эффективно использована для решения задач, не имеющих аналогов в привычном для нас классическом мире. Квантовая телепортация света могла бы, например, исполнять роль «проводки» в квантовых компьютерах, перенося результаты вычислений и данные между квантовыми вентилями.
После создания надежных методов квантовой телепортации возникнут реальные предпосылки для создания квантовых вычислительных систем. Телепортация обеспечит надежную передачу и хранение информации на фоне мощных помех, когда все другие способы оказываются неэффективными. Кроме того, и сами разработанные исследователями методы имеют огромное значение для будущих экспериментов по квантовой механике, для проверки и уточнения целого ряда современных физических теорий.