Průlom v kvantové komunikaci: Přenos kvantové informace mezi fotony z různých kvantových bodů
Skupina výzkumníků ze Stuttgartské univerzity v Německu dosáhla významného pokroku na cestě k vytvoření praktického kvantového internetu. Poprvé úspěšně demonstrovali přenos kvantové informace mezi fotony, které byly emitovány z dvou různých kvantových bodů. Tento úspěch řeší jednu z nejkomplexnějších výzev při vývoji kvantových retranslátorů, které jsou nezbytné pro rozšíření kvantové komunikace přes optické sítě na větší vzdálenosti.
Kvantová komunikace využívá jednotlivé fotony, jejichž polarizace kóduje informace ve formě nul a jedniček. Jakýkoli pokus o přečtení nebo odchycení tohoto stavu zanechává „stopy“, což činí systém principiálně bezpečným. Nicméně fotony oslabují, když procházejí optickými kabely, a kvantovou informaci není možné kopírovat nebo zesilovat.
Kvantové retranslátory mají za úkol obnovit tuto informaci pomocí teleportace, ovšem tento proces vyžaduje téměř identické fotony z různých zdrojů. Tým ze Stuttgartu vyřešil tento problém pomocí polovodičových „ostrovů“ o nano-velikosti – kvantových bodů. Tyto kvantové body generují jednotlivé fotony s určitými charakteristikami.
Vědcům se podařilo přenést kvantovou informaci mezi fotony pocházejícími z dvou různých kvantových bodů. Pro tento projekt spolupracovali s Institutem pevných látek a materiálového výzkumu Leibniz v Drážďanech, kde byly vytvořeny téměř identické kvantové body. Jak uvádí Timothy Strobels, hlavní autor výzkumu: „Kvanta světla z různých kvantových bodů se nikdy předtím neteleportovala, protože je to velmi složitý úkol.“ Dodává, že fixní energetické úrovně uvnitř kvantových bodů umožňují generovat přesně definované fotony na vyžádání.
Aby demonstrovali teleportaci, jeden kvantový bod vyprodukoval jednotlivý foton, zatímco druhý vyprodukoval pár zapletených fotonů. Jeden foton z páru prošel desetimetrovým optickým kabelovým vedením a interagoval s jednotlivým fotonem. Tato interakce přenesla stav polarizace na vzdáleného fotona-partnera. Kvantové převodníky frekvence upravili zbývající rozdíly v frekvenci, aby fotony zůstaly indistinguovatelné.
„Přenos kvantové informace mezi fotony z různých kvantových bodů je důležitým krokem k překonání velkých vzdáleností,“ poznamenává profesor Peter Michler. Předchozí experimenty stejné skupiny uchovávaly kvantovou zapletenost na délce 36 kilometrů optického kabelu ve Stuttgartu, což dokazuje možnost nasazení systému na větší vzdálenosti. Současné zařízení teleportuje informace s pravděpodobností úspěchu trochu přes 70 %. Tým chce tento ukazatel zlepšit stabilizací kvantových bodů a zlepšením metod výroby polovodičů.
