Η κβαντική τηλεμεταφορά σε μεγάλη απόσταση πλησιάζει

Από σελίδα του NewScientist, 12 Φεβρουαρίου 2003

Ένα πρακτικό πρόβλημα που εμπόδιζε την κβαντική τηλεμεταφορά σε μεγάλη απόσταση έχει λυθεί από ερευνητές στην Αυστρία. Μέχρι τώρα, η επαλήθευση ότι οι πληροφορίες έχουν μεταδοθεί απαιτούσε την ίδια την κβαντική σύνδεση να καταστραφεί, αποτρέποντας έτσι την οποιαδήποτε περαιτέρω χρήση της.

Η κβαντική τηλεμεταφορά περιλαμβάνει την "διεμπλοκή" δύο σωματιδίων έτσι ώστε οποιαδήποτε αλλαγή στην κατάσταση του ενός να εμφανίζεται αμέσως στο δίδυμο του σωματίδιο, οπουδήποτε κι αν είναι αυτό.

Σε αυτήν την περίπτωση, οι ερευνητές συσχετίζουν ένα ζεύγος φωτονίων και τότε πυροδοτούν ένα απλό φωτόνιο προς ένα φωτόνιο από το ζεύγος. Η προκύπτουσα αλληλεπίδραση τους αλλάζει την κατάσταση και των δύο πεπλεγμένων (συσχετισμένων) φωτονίων, πετυχαίνοντας την τηλεμεταφορά ενός κβαντικού bit - που είναι γνωστών ως qubit - από τη μια θέση στην άλλη.

Το τέχνασμα αυτό έχει επιδειχθεί σε κοντινές αποστάσεις, μέσα στα εργαστήρια, για αρκετά χρόνια. Αλλά για να είναι βέβαιο ότι έχει πραγματοποιηθεί η τηλεμεταφορά είναι προηγουμένως απαραίτητο να μετρηθεί η κβαντική κατάσταση στο δεύτερο φωτόνιο.

Εντούτοις, επειδή η διεμπλοκή στηρίζεται στην αβεβαιότητα, η ίδια η μέτρηση καταστρέφει το συσχετισμό μεταξύ των δύο φωτονίων, καθιστώντας τα έτσι άχρηστα για οποιαδήποτε περαιτέρω διάδοση τηλεμεταφοράς.

Ψεύτικες θετικές ενδείξεις

Ο Jian-Wei Pan και οι συνάδελφοι του από την ομάδα Anton Zeilinger στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης ήδη έχουν εμφανίσει ότι, στη θεωρία, η τηλεμεταφορά μπορεί να επιβεβαιωθεί ελέγχοντας την έκβαση της αλληλεπίδρασης που τηλεμεταφέρει το qubit. Εάν ανιχνεύονται και τα δύο φωτόνια όπως αναμένονται, είναι σωστό να υποτεθεί ότι η κβαντική κατάσταση έχει τηλεμεταφερθεί.

Εντούτοις, υπήρξε ένα πρακτικό πρόβλημα. Η συσκευή που εμπλέκεται στο πείραμα δεν ήταν αρκετά ευαίσθητη ώστε να αποτρέψει σκόρπια φωτόνια να προκαλούν συχνά "ψεύτικες θετικές ενδείξεις" τηλεμεταφοράς.

Η λύση για αυτό το πρόβλημα τελικά ήταν εκπληκτικά απλή. Μειώνοντας την ένταση της πηγής, που χρησιμοποιήθηκε για τα φωτόνια πυροδότησης στο πεπλεγμένο ζευγάρι φωτονίων, ελάττωσε το συνολικό αριθμό φωτονίων στο σύστημα, και ως εκ τούτου επίσης και τον αριθμός των ψεύτικων θετικών ενδείξεων. Τώρα λοιπόν, εάν ανιχνευτούν τα δύο αλληλεπιδρώντα φωτόνια, είναι περισσότερο από 97 τοις εκατό σίγουρο ότι αυτή η κατάσταση έχει τηλεμεταφερθεί.

Αυτό το ποσοστό είναι πάνω από την ακρίβεια που θεωρητικά απαιτείται για να επεκταθεί η χρήση της κβαντικής επικοινωνίας με την χρήση των "κβαντικών επαναληπτών". Αυτά θα μεταφέρουν qubits σε μακρινές αποστάσεις.

Ο Sougato Bose, στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, λέει ότι η νέα έρευνα έχει σημαντικές επιπτώσεις. Όπως είπε : "Είναι πολύ σημαντικό στις κβαντικές επικοινωνίες ότι αυτές οι κβαντικές καταστάσεις είναι διαθέσιμες για περαιτέρω επεξεργασία μετά από την τηλεμεταφορά".