Betydelig ny opdagelse inden for teleportationsforskning:Støj kan forbedre kvaliteten af ​​kvanteteleportation

Forskere har haft held med at udføre en næsten perfekt kvanteteleportation på trods af tilstedeværelsen af ​​støj, der normalt forstyrrer overførslen af ​​kvantetilstand. Resultaterne er blevet publiceret i tidsskriftet Science Advances .

Ved teleportering overføres tilstanden af ​​en kvantepartikel, eller qubit, fra et sted til et andet uden at sende selve partiklen. Denne overførsel kræver kvanteressourcer, såsom sammenfiltring mellem et ekstra par qubits.

I et ideelt tilfælde kan overførslen og teleporteringen af ​​qubit-tilstanden udføres perfekt. Imidlertid er systemer i den virkelige verden sårbare over for støj og forstyrrelser – og dette reducerer og begrænser kvaliteten af ​​teleporteringen.

Forskere fra University of Turku, Finland, og University of Science and Technology of China, Hefei, har nu foreslået en teoretisk idé og lavet tilsvarende eksperimenter for at overvinde dette problem. Med andre ord muliggør den nye tilgang teleportering af høj kvalitet på trods af tilstedeværelsen af ​​støj.

"Arbejdet er baseret på en idé om at distribuere entanglement - forud for at køre teleporteringsprotokollen - ud over de brugte qubits, dvs. at udnytte den hybride sammenfiltring mellem forskellige fysiske frihedsgrader," siger professor Jyrki Piilo fra Universitetet i Turku.

Konventionelt er polariseringen af ​​fotoner blevet brugt til sammenfiltringen af ​​qubits i teleportering, mens den nuværende tilgang udnytter den hybride sammenfiltring mellem fotonernes polarisering og frekvens.

"Dette giver mulighed for en væsentlig ændring i, hvordan støjen påvirker protokollen, og i virkeligheden vender vores opdagelse støjens rolle fra at være skadelig til at være gavnlig for teleportering," siger Piilo.

Med konventionel qubit-sammenfiltring i nærvær af støj, virker teleporteringsprotokollen ikke. I et tilfælde, hvor der i starten er hybrid sammenfiltring og ingen støj, virker teleporteringen heller ikke.

"Men når vi har hybrid sammenfiltring og tilføjer støj, sker teleporteringen og kvantetilstandsoverførslen på næsten perfekt måde," siger Dr. Olli Siltanen, hvis doktorafhandling præsenterede den teoretiske del af den aktuelle forskning.

Generelt muliggør opdagelsen næsten ideel teleportering på trods af tilstedeværelsen af ​​visse typer støj, når der bruges fotoner til teleportering.

"Selvom vi har lavet adskillige eksperimenter på forskellige facetter af kvantefysikken med fotoner i vores laboratorium, var det meget spændende og givende at se dette meget udfordrende teleportationseksperiment gennemført med succes," siger Dr. Zhao-Di Liu fra University of Science and Technology af Kina, Hefei.

"Dette er et væsentligt proof-of-princip-eksperiment i sammenhæng med en af ​​de vigtigste kvanteprotokoller," siger professor Chuan-Feng Li fra University of Science and Technology of China, Hefei.

Teleportering har vigtige applikationer, f.eks. til transmission af kvanteinformation, og det er af yderste vigtighed at have tilgange, der beskytter denne transmission mod støj og kan bruges til andre kvanteapplikationer.

Resultaterne af den aktuelle undersøgelse kan betragtes som grundforskning, der har væsentlig fundamental betydning og åbner spændende veje for fremtidigt arbejde med at udvide tilgangen til generelle typer støjkilder og andre kvanteprotokoller.

Flere oplysninger: Zhao-Di Liu et al., Overvinding af støj i kvanteteleportering med multipartite hybrid sammenfiltring, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj3435

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af University of Turku