Физики телепортировали «разнородные» фотоны

Квантово запутанный светодиод дает пары запутанных квантов
Схема: Toshiba Research Europe Ltd., Cambridge Research Laboratory

Группе британских физиков впервые удалось квантово запутать фотоны из двух разных по своей природе источников света. В роли этих источников выступал лазер и светодиод на основе квантовых точек, полупроводниковых наночастиц. Подробности приводятся в статье исследователей в журнале Nature Communications.

Установка, которую использовали физики в своем эксперименте, состояла из лазера, светодиода, системы полупрозрачных зеркал и детекторов, способных регистрировать одиночные фотоны. Ключевую роль играло специальное зеркало, отражавшее 95 процентов квантов и установленное под углом в 45 градусов в точке пересечения двух лучей из разных источников. С одной стороны на него светил лазер, а с другой стороны на него светодиод. При помощи этого зеркала запутывались прошедшие через него лазерные фотоны и светодиодные кванты, отраженные этим же зеркалом.

Светодиод, как подчеркивают авторы исследования, давал пары из запутанных между собой частиц. В итоге зеркало смешивало и запутывало не только попавшие на него кванты, но и кванты, которые вообще не встречались в установке друг с другом. Этот эффект называется квантовой телепортацией и его впервые удалось продемонстрировать на практике еще в 1998 году, после чего телепортацию фотонов неоднократно воспроизводили в разных лабораториях. Как правило, для этого использовали квантовое запутывание квантов из одинаковых источников (лазеров), но в новой работе смогли применить светодиодное и лазерное излучение.

Телепортация фотонов удавалась ученым в 77 процентах случаев. Эксперимент показал принципиальную возможность запутывания разнородных квантов между собой и, следовательно, возможность использовать в квантовых устройствах разных источников света. Это может быть важно для построения квантовых компьютеров и линий связи. При это речь не идет о первом примере квантовой телепортации между разными объектами как таковыми. В 2006 году группе датских и немецких исследователей удалось перенести квантовую информацию от фотонов к атомам цезия.

Несмотря на название, квантовая телепортация не позволяет передавать информацию быстрее скорости света. Кроме того, хотя ученые и научились телепортировать состояние отдельных атомов, они пока что не могут передать квантовое состояние сложных систем. Ряд эффектов, связанных с взаимодействием квантовой системы и ее окружения (декогеренция) может сделать квантовую телепортацию макроскопических объектов принципиально невозможной.