Physiker haben zum ersten Mal den Prozess der Quantenteleportation von einem Siliziumchip zum anderen demonstriert. Ihr System basiert auf den Prinzipien der integrierten Optik und verwendet eine Kombination aus nichtlinearen Photonenquellen und linearen Quantenschaltungen. Dieses Design bietet eine der höchsten Teleportationsgenauigkeiten, die es bisher gab. Arbeiten veröffentlicht in Nature Physics.
Um Systeme zur Verarbeitung und Übertragung von Quanteninformationen aufzubauen, verwenden Wissenschaftler häufig die Prinzipien der integrierten Optik. Die Optik bietet mehrere wesentliche Vorteile: Sie ermöglicht es beispielsweise, das System zu skalieren und seine Rechenkapazität zu erhöhen. Die Arbeit mit Quantendaten in der integrierten Optik erfordert jedoch die Implementierung mehrerer komplexer Mechanismen. Ein solches System sollte in der Lage sein, Gruppen einzelner Photonen zu erzeugen, diese zu steuern und sich dann zu registrieren.
In früheren Arbeiten hatten Physiker bereits das Problem, einen Generator mit ausreichend hellen und unterscheidbaren Photonen zu erzeugen. Darüber hinaus ist das Kombinieren einer Photonenquelle mit Quantenschaltungen (Rekordern) innerhalb einer kompakten Vorrichtung eine ziemlich schwierige Aufgabe. Trotzdem gelang es den Wissenschaftlern 2014 die Quantenteleportation eines Photons innerhalb eines einzelnen Siliziumchips.
Jetzt hat ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Daniel Llewellyn von der Universität Bristol ein System aufgebaut, das die Quantenteleportation von einem Chip zum anderen ermöglicht. Es besteht aus zwei Teilen - einem Sender (5 × 3 Millimeter) und einem Empfänger (3,5 × 1,5 Millimeter). Der Sender ist ein Netzwerk aus nichtlinearen Photonenquellen und linearen Quantenschaltungen.
Zunächst werden zwei Photonenpaare erzeugt und durch einen Sensor geleitet, um festzustellen, ob sie verwickelt sind. Sie werden dann durch die Wellenleiterkanäle zu einer linearen Quantenschaltung geleitet (eine Folge von Quantenexperimenten). Die letzte Stufe ist die Messung mit einem System von Mach-Zehnder-Interferometern (dieses Gerät besteht aus einem Wellenleiter, der in zwei Teile verzweigt ist; die an den Seiten der Interferometerarme befindlichen Elektroden bringen den Strahl wieder in einen einzigen). Eines der verschränkten Photonen wird über ein 10 m langes Glasfaserkabel an den Empfänger gesendet. Der Empfänger führt die gleichen Interferometermessungen durch wie der Sender.
Schematische Darstellung des Gerätes. und. Sender b. Empfänger.
Die Installation kann Photonen innerhalb von einem und zwei Chips teleportieren (bei zwei Chips befanden sie sich in einem Abstand von 10 Metern voneinander). Der Übereinstimmungsgrad der Quantenzustände (Genauigkeit der Teleportation) im ersten Modus beträgt 0,906, im zweiten - 0,885. Bei den Arbeiten zur Teleportation im Jahr 2014 erreichten die Physiker einen Wert von etwa 0,89.
Laut den Autoren kann ihre Arbeit in größeren integrierten Optikprojekten nützlich sein, die im Bereich der Quantenkommunikation und -berechnung anwendbar sind. Wir sprechen nicht nur von einem Quantencomputer, sondern auch von einem Quantennetzwerk, das nach optischen Prinzipien implementiert ist. Durch die Verbesserung der Genauigkeit der Datenübertragung können Physiker eine effizientere Kommunikation auf der Grundlage der Quantenteleportation erstellen.
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Vor nicht allzu langer Zeit haben Wissenschaftler die Quantenverschränkung fotografiert, man kann es sich ansehen. Und Professor Alexander Lvovsky erzählte uns, wie man Experimente mit verschränkten Partikeln richtig versteht.
Oleg Makarov
