Группа исследователей под руководством Цзетая Цзина из Восточно-Китайского педагогического университета впервые успешно передала квантовую информацию одновременно по 100 независимым оптическим каналам.
Для демонстрации возможностей системы учёные закодировали изображение, состоящее из 100 элементов, и успешно восстановили его после телепортации. Этот эксперимент показывает, что квантовые сети будущего смогут обрабатывать большие объёмы информации с высокой скоростью.
В ходе эксперимента исследователи создали массив из 100 пространственных мод света, расположенных в форме сетки 10х10. Каждая мода представляла собой отдельный канал, по которому можно было передавать квантовое состояние.
Квантовая телепортация сама по себе не означает мгновенного перемещения объектов. Она позволяет передавать квантовое состояние системы на расстояние с использованием заранее созданной квантовой запутанности и дополнительного канала связи. При этом исходное состояние не копируется, а лишь воспроизводится в другой части системы.
Одним из главных вызовов при масштабировании этой технологии является увеличение количества каналов. В большинстве экспериментов квантовая телепортация осуществлялась для одного или нескольких состояний, тогда как будущие квантовые сети должны будут обрабатывать значительно большие объёмы информации.
Учёные использовали программируемое голографическое формирование света для создания массива из 100 пространственных мод. Каждая мода была связана с отдельным квантовым каналом, который можно было независимо управлять. Система также использовала полностью оптическую схему передачи данных, что позволило избежать усложнения оборудования при увеличении количества каналов.
Для проверки работы системы учёные использовали изображение буквы Q. Оно было разбито на сетку 10х10, где каждая мода соответствовала одному элементу. Однако телепортировались не сами пиксели изображения, а квантовые состояния светового поля, включая информацию об амплитуде и фазе. Все 100 состояний передавались параллельно, после чего на принимающей стороне было восстановлено изображение буквы Q.
Хотя визуальное восстановление рисунка является важным подтверждением, учёные также измерили точность воспроизведения квантовых состояний. Средняя точность составила около 0,60 при максимально возможном значении 1. Для классической схемы без квантовой запутанности расчётный предел составлял около 0,52, что подтверждает квантовую природу телепортации.
Результаты эксперимента показали, что восстановление изображения невозможно объяснить обычной классической передачей информации. Однако точность 0,60 свидетельствует о том, что система всё ещё далека от идеала и требует дальнейшего совершенствования.
Основное значение работы заключается в демонстрации возможности параллельной квантовой телепортации большого числа независимых состояний. Подобный принцип может быть использован для увеличения пропускной способности квантовых сетей, что особенно важно для соединения квантовых компьютеров и других систем, требующих передачи множества квантовых состояний.
Несмотря на успех, текущая установка остаётся лабораторным экспериментом и не может быть использована для квантовой связи на большие расстояния. Для масштабирования системы потребуются более мощные источники света, усиление квантовых сигналов и сохранение высокого качества запутанности для большого числа каналов. Если количество параллельных каналов удастся увеличить без значительного снижения точности, такие системы могут стать важным шагом в развитии квантовых сетей.