Österrikiska forskare har utvecklat en ny metod för att förvirra fotoner, med vilka det är möjligt att kombinera tre fotoner på en gång, för att öka effektiviteten för dataöverföring i ett kvantsystem och därigenom närma sig effektiv kvantteleportering.
Framtida tekniker som kvantdatorer och kvantkryptografi kräver experimentell behärskning av komplexa kvantsystem. Forskare från universitetet i Wien och den österrikiska vetenskapsakademin har nått nya höjder i denna fråga. De försökte använda mer komplexa kvantsystem än tvådimensionellt sammanfiltrade bitar för att öka informationskapaciteten med samma antal partiklar. De utvecklade metoderna och teknologierna i framtiden kan hjälpa till i teleportering av komplexa kvantsystem. Detta arbete publicerades i tidskriften Nature Photonics.
Liksom bitar i traditionella datorer är qubits de minsta informationsenheterna i kvantsystem. Stora företag som Google och IBM tävlar med forskningsinstitut runt om i världen för att skapa mer och mer intrasslade qubits och utveckla en fungerande kvantdator. Men en grupp forskare från universitetet i Wien och den österrikiska vetenskapsakademin har valt en annan väg för att öka informationskapaciteten i komplexa kvantsystem. Deras idé är enkel: istället för att öka antalet använda partiklar ökar komplexiteten hos varje system.
"Det speciella med vårt experiment är att tre fotoner är trasslade in i det för första gången, och inte två, som vanligt," förklarar Manuel Erhard, huvudförfattare till studien.
Konceptet att skapa tredimensionell förfiltring / Austrian Academy of Sciences.
För att uppnå detta mål använde wienska fysiker kvantsystem med mer än två möjliga tillstånd: i det här fallet talar vi om vinkelmomentumet hos enskilda ljuspartiklar. Dessa enskilda fotoner har en högre informationskapacitet än qubits. Men intrassling av dessa ljuspartiklar visade sig vara ganska svår på en konceptuell nivå. Forskarna övervann denna svårighet med en banbrytande idé - en datoralgoritm som autonom söker efter en väg till experimentell implementering.
Med hjälp av en datoralgoritm, som forskarna kallade Melvin, hittade de en experimentell installation för att reproducera denna typ av förvirring. Det var extremt svårt till en början, men i allmänhet fungerade det. Efter några förenklingar mötte fysiker fortfarande allvarliga tekniska hinder. Teamet kunde lösa problemet med unik laserteknologi och en specialdesignad multiport.
”Multiportet är hjärtat i vårt experiment; det kombinerar tre fotoner så att de är förvirrad i tre dimensioner, förklarar Erhard.
Kampanjvideo:
Den speciella egenskapen av tre-foton-intrassling i tre dimensioner gör det möjligt att experimentellt undersöka nya grundläggande frågor om beteende i kvantsystem. Dessutom kan resultaten av arbetet ha en allvarlig inverkan på framtida tekniker, såsom kvanttelefortortering.
"Jag tror att de metoder och tekniker som vi har utvecklat tillåter oss att teleportera det mesta av den totala kvantinformationen för en enda foton, vilket kan vara viktigt för kvantkommunikationsnätverk," förklarar forskaren Anton Zeilinger.
Vladimir Guillen