Forskare har lyckats genomföra en nästan perfekt kvantteleportering trots förekomsten av brus som vanligtvis stör överföringen av kvanttillstånd. Resultaten har publicerats i tidskriften Science Advances.
Vid teleportering överförs tillståndet hos en kvantpartikel, eller qubit, från en plats till en annan utan att själva partikeln skickas. Denna överföring kräver kvantresurser, t.ex. sammanflätning mellan ytterligare ett par qubits.
I ett idealiskt fall kan överföringen och teleporteringen av qubit-tillståndet göras perfekt. System i verkligheten är dock sårbara för brus och störningar – och detta minskar och begränsar kvaliteten på teleporteringen.
Forskare från Åbo universitet i Finland och University of Science and Technology of China, Hefei, har nu föreslagit en teoretisk idé och gjort motsvarande experiment för att övervinna detta problem. Med andra ord gör det nya tillvägagångssättet det möjligt att uppnå högkvalitativ teleportering trots förekomsten av brus.
”Arbetet bygger på en idé om att distribuera sammanflätning – innan teleporteringsprotokollet körs – bortom de använda qubiterna, dvs. att utnyttja hybrid sammanflätning mellan olika fysiska frihetsgrader”, säger professor Jyrki Piilo från Åbo universitet.
Traditionellt har fotoners polarisation använts för sammanflätning av qubits vid teleportering, medan det nuvarande tillvägagångssättet utnyttjar hybrid sammanflätning mellan fotoners polarisation och frekvens.
”Detta möjliggör en betydande förändring i hur bruset påverkar protokollet, och faktum är att vår upptäckt vänder på bruset från att vara skadligt till att vara fördelaktigt för teleportering”, säger Piilo.
Med konventionell sammanflätning av kvintbitar i närvaro av brus fungerar inte teleporteringsprotokollet. I ett fall där det initialt finns hybrid sammanflätning och inget brus fungerar inte heller teleporteringen.
”Men när vi har hybrid sammanflätning och lägger till brus sker teleporteringen och överföringen av kvanttillstånd på ett nästan perfekt sätt”, säger Dr. Olli Siltanen vars doktorsavhandling presenterade den teoretiska delen av den aktuella forskningen.
I allmänhet möjliggör upptäckten en nästan idealisk teleportering trots förekomsten av vissa typer av brus när fotoner används för teleportering.
”Även om vi har gjort många experiment på olika aspekter av kvantfysik med fotoner i vårt laboratorium, var det mycket spännande och givande att se detta mycket utmanande teleporteringsexperiment framgångsrikt genomfört”, säger Dr. Zhao-Di Liu från University of Science and Technology of China, Hefei.
”Det här är ett viktigt proof-of-principle-experiment inom ramen för ett av de viktigaste kvantprotokollen”, säger professor Chuan-Feng Li från University of Science and Technology of China, Hefei.
Teleportation har viktiga tillämpningar, t.ex. vid överföring av kvantinformation, och det är av yttersta vikt att ha metoder som skyddar denna överföring från brus och kan användas för andra kvanttillämpningar.
Resultaten av den aktuella studien kan betraktas som grundforskning som har en betydande grundläggande betydelse och öppnar spännande vägar för framtida arbete för att utvidga metoden till allmänna typer av bruskällor och andra kvantprotokoll.
Ytterligare information: Zhao-Di Liu et al, Overcoming noise in quantum teleportation with multipartite hybrid entanglement, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adj3435
