Onderzoekers van de Yokohama National University hebben kwantuminformatie veilig geteleporteerd binnen de grenzen van een diamant. De studie heeft grote implicaties voor kwantuminformatietechnologie - de toekomst van het delen en opslaan van gevoelige informatie. De onderzoekers publiceerden hun resultaten op 28 juni, 2019, in Communicatie Fysica .

"Quantumteleportatie maakt de overdracht van kwantuminformatie naar een anders ontoegankelijke ruimte mogelijk, " zei Hideo Kosaka, een professor in de techniek aan de Yokohama National University en een auteur van de studie. "Het maakt ook de overdracht van informatie naar een kwantumgeheugen mogelijk zonder de opgeslagen kwantuminformatie te onthullen of te vernietigen."

De ontoegankelijke ruimte, in dit geval, bestond uit koolstofatomen in diamant. Gemaakt van gekoppeld, toch individueel vervat, koolstof atomen, een diamant biedt de perfecte omstandigheden voor kwantumteleportatie.

Een koolstofatoom heeft zes protonen en zes neutronen in zijn kern, omgeven door zes draaiende elektronen. Zoals de atomen binden tot een diamant, ze vormen een bijzonder sterk rooster. Echter, diamanten kunnen complexe defecten hebben, zoals wanneer een stikstofatoom bestaat in een van de twee aangrenzende vacatures waar koolstofatomen zouden moeten zijn. Dit defect wordt een stikstofleegstandscentrum genoemd.

Omringd door koolstofatomen, de kernstructuur van het stikstofatoom creëert wat Kosaka een nanomagneet noemt.

Om een ​​elektron en een koolstofisotoop in de vacature te manipuleren, Kosaka en het team bevestigden een draad van ongeveer een kwart van de breedte van een mensenhaar aan het oppervlak van een diamant. Ze pasten een microgolf en een radiogolf toe op de draad om een ​​oscillerend magnetisch veld rond de diamant te bouwen. Ze vormden de magnetron om de optimale, gecontroleerde voorwaarden voor de overdracht van kwantuminformatie binnen de diamant.

Kosaka gebruikte vervolgens de stikstof-nanomagneet om een ​​elektron te verankeren. Met behulp van de magnetron en radiogolven, Kosaka dwong de elektronenspin te verstrengelen met een koolstofkernspin - het impulsmoment van het elektron en de kern van een koolstofatoom. De elektronenspin breekt af onder een magnetisch veld gecreëerd door de nanomagneet, waardoor het vatbaar is voor verstrikking. Zodra de twee stukken verstrengeld zijn, wat betekent dat hun fysieke kenmerken zo met elkaar verweven zijn dat ze niet afzonderlijk kunnen worden beschreven, een foton dat kwantuminformatie bevat, wordt geïntroduceerd, en het elektron absorbeert het foton. Door de absorptie kan de polarisatietoestand van het foton worden overgebracht naar de koolstof, die wordt gemedieerd door het verstrengelde elektron, het demonstreren van een teleportatie van informatie op kwantumniveau.

"Het succes van de fotonenopslag in het andere knooppunt zorgt voor de verstrengeling tussen twee aangrenzende knooppunten, " zei Kosaka. Kwantumrepeaters genoemd, het proces kan individuele stukjes informatie van knooppunt naar knooppunt brengen, over het kwantumveld.

"Ons uiteindelijke doel is om schaalbare kwantumrepeaters te realiseren voor lange-afstands kwantumcommunicatie en gedistribueerde kwantumcomputers voor grootschalige kwantumberekening en metrologie, ' zei Kosaka.