Podczas teleportacji stan cząstki kwantowej, czyli kubitu, jest przenoszony z jednego miejsca do drugiego bez wysyłania samej cząstki. Transfer ten wymaga zasobów kwantowych, takich jak splątanie pomiędzy dodatkową parą kubitów. W idealnym przypadku transfer i teleportacja stanu kubitu może zostać wykonana perfekcyjnie. Jednak systemy w świecie rzeczywistym są podatne na hałas i zakłócenia – a to zmniejsza i ogranicza jakość teleportacji.
Naukowcy z Uniwersytetu w Turku w Finlandii oraz Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hefei zaproponowali koncepcję teoretyczną i przeprowadzili odpowiednie eksperymenty, aby przezwyciężyć ten problem. Innymi słowy, nowe podejście umożliwia osiągnięcie wysokiej jakości teleportacji pomimo obecności hałasu.
„Praca opiera się na koncepcji rozłożenia splątania – przed uruchomieniem protokołu teleportacji – poza używane kubity, tj. wykorzystaniu splątania hybrydowego pomiędzy różnymi fizycznymi stopniami swobody” – mówi profesor Jyrki Piilo z Uniwersytetu w Turku.
Konwencjonalnie do splątania kubitów podczas teleportacji wykorzystuje się polaryzację fotonów, podczas gdy obecne podejście wykorzystuje splątanie hybrydowe pomiędzy polaryzacją i częstotliwością fotonów.
„Pozwala to na znaczącą zmianę w sposobie, w jaki szum wpływa na protokół i tak naprawdę nasze odkrycie odwraca rolę szumu ze szkodliwego na korzystny dla teleportacji” – opisuje Piilo.
W przypadku konwencjonalnego splątania kubitów w obecności szumu protokół teleportacji nie działa. W przypadku, gdy początkowo występuje splątanie hybrydowe i nie ma hałasu, teleportacja również nie działa.
„Jednak gdy mamy splątanie hybrydowe i dodamy szum, teleportacja i transfer stanu kwantowego zachodzą w sposób niemal idealny” – mówi dr Olli Siltanen, którego rozprawa doktorska przedstawiła teoretyczną część bieżących badań.
Ogólnie rzecz biorąc, odkrycie umożliwia niemal idealną teleportację pomimo obecności pewnego rodzaju szumu podczas wykorzystywania fotonów do teleportacji.
„Chociaż w naszym laboratorium przeprowadziliśmy liczne eksperymenty dotyczące różnych aspektów fizyki kwantowej z wykorzystaniem fotonów, pomyślne zakończenie tego niezwykle wymagającego eksperymentu z teleportacją było bardzo ekscytujące i satysfakcjonujące” – mówi dr Zhao-Di Liu z Uniwersytetu Nauki i Technologii w USA Chiny, Hefei.
„To znaczący eksperyment potwierdzający słuszność zasad w kontekście jednego z najważniejszych protokołów kwantowych” – mówi profesor Chuan-Feng Li z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hefei.
Teleportacja ma ważne zastosowania, np. w przesyłaniu informacji kwantowej, dlatego niezwykle ważne jest posiadanie rozwiązań, które chronią tę transmisję przed szumami i mogą być wykorzystywane do innych zastosowań kwantowych. Wyniki obecnego badania można uznać za badania podstawowe, które mają istotne znaczenie fundamentalne i otwierają intrygujące ścieżki dla przyszłych prac nad rozszerzeniem podejścia na ogólne typy źródeł szumu i inne protokoły kwantowe.