Квантову інформацію передали одразу через 100 каналів: що це змінює

Квантова телепортація не означає миттєвого переміщення предметів. Ідеться про перенесення квантового стану однієї системи на іншу — за допомогою квантової заплутаності та звичайного каналу зв'язку.

Донедавна складність полягала не лише у відстані, на яку передають квантову інформацію, а й в її обсязі. Майбутнім квантовим мережам потрібно передавати багато квантових станів одночасно.

Команда під керівництвом Цзетаї Цзіна зі Східнокитайського педагогічного університету створила систему зі 100 просторових мод світла. Їх розмістили у сітці 10×10, де кожна мода працювала як окремий канал. Дослідники також підготували відповідну сітку заплутаного світла. Весь масив обробляли одночасно оптичною системою, тож для кожного каналу не потрібно було ставити окремі електронні блоки обробки.

Щоб показати роботу схеми, інформацію закодували у 10×10 просторових модах — разом вони складали зображення літери «Q». Квантовий стан кожної моди передавали на приймальну сторону паралельно, а потім відновлювали початковий сигнал.

За словами Цзіна, це найбільша кількість незалежних квантових каналів телепортації, продемонстрована одночасно.

Дослідники перевірили і відновлене зображення, і те, наскільки квантові стани на вході та виході збігаються. Для цього використовують показник точності, або fidelity, зі значеннями від 0 до 1. Середній показник у всіх 100 каналах становив 0,60. Без квантової заплутаності відповідний класичний результат обмежувався б значенням 0,52. У кожному зі 100 каналів отриманий результат перевищив цей класичний рівень.

Такий підхід може збільшити пропускну здатність майбутніх квантових мереж. Замість окремої системи для кожного каналу інформацію можна буде передавати через цілий масив просторових мод одночасно.

Наразі масштаб експерименту обмежений потужністю лазера: для роботи установки використовували приблизно 1 Вт. Збільшення потужності джерела світла потенційно дасть змогу додати більше просторових мод і каналів.