Onderzoekers zijn erin geslaagd een bijna perfecte kwantumteleportatie uit te voeren, ondanks de aanwezigheid van ruis die doorgaans de overdracht van de kwantumtoestand verstoort. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances .

Bij teleportatie wordt de toestand van een kwantumdeeltje, of qubit, van de ene locatie naar de andere overgebracht zonder het deeltje zelf te verzenden. Voor deze overdracht zijn kwantumbronnen nodig, zoals verstrengeling tussen een extra paar qubits.

In het ideale geval kan de overdracht en teleportatie van de qubit-status perfect worden uitgevoerd. Systemen in de echte wereld zijn echter kwetsbaar voor lawaai en verstoringen, en dit vermindert en beperkt de kwaliteit van de teleportatie.

Onderzoekers van de Universiteit van Turku, Finland, en de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, Hefei, hebben nu een theoretisch idee voorgesteld en overeenkomstige experimenten uitgevoerd om dit probleem te overwinnen. Met andere woorden:de nieuwe aanpak maakt het mogelijk teleportatie van hoge kwaliteit te bereiken, ondanks de aanwezigheid van ruis.

"Het werk is gebaseerd op een idee om verstrengeling – voorafgaand aan het uitvoeren van het teleportatieprotocol – te verspreiden buiten de gebruikte qubits, dat wil zeggen door gebruik te maken van de hybride verstrengeling tussen verschillende fysieke vrijheidsgraden", zegt professor Jyrki Piilo van de Universiteit van Turku. P>

Conventioneel wordt de polarisatie van fotonen gebruikt voor de verstrengeling van qubits bij teleportatie, terwijl de huidige aanpak gebruik maakt van de hybride verstrengeling tussen de polarisatie en frequentie van de fotonen.

"Dit maakt een significante verandering mogelijk in de manier waarop de ruis het protocol beïnvloedt, en in feite draait onze ontdekking de rol van de ruis om van schadelijk naar gunstig voor teleportatie", zegt Piilo.

Met conventionele qubit-verstrengeling in de aanwezigheid van ruis werkt het teleportatieprotocol niet. In een geval waarin er aanvankelijk sprake is van hybride verstrengeling en geen ruis, werkt de teleportatie ook niet.

"Wanneer we echter hybride verstrengeling hebben en ruis toevoegen, vinden de teleportatie en de overdracht van kwantumtoestanden op vrijwel perfecte wijze plaats", zegt dr. Olli Siltanen, wiens proefschrift het theoretische deel van het huidige onderzoek presenteerde.

Over het algemeen maakt de ontdekking vrijwel ideale teleportatie mogelijk, ondanks de aanwezigheid van bepaalde soorten ruis bij het gebruik van fotonen voor teleportatie.

"Hoewel we in ons laboratorium talloze experimenten hebben gedaan op verschillende facetten van de kwantumfysica met fotonen, was het erg spannend en lonend om te zien dat dit zeer uitdagende teleportatie-experiment met succes werd voltooid", zegt dr. Zhao-Di Liu van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie. uit China, Hefei.

"Dit is een belangrijk proof-of-principle-experiment in de context van een van de belangrijkste kwantumprotocollen", zegt professor Chuan-Feng Li van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, Hefei.

Teleportatie heeft belangrijke toepassingen, bijvoorbeeld bij het verzenden van kwantuminformatie, en het is van het allergrootste belang om benaderingen te hebben die deze overdracht tegen ruis beschermen en voor andere kwantumtoepassingen kunnen worden gebruikt.

De resultaten van de huidige studie kunnen worden beschouwd als fundamenteel onderzoek dat van aanzienlijk fundamenteel belang is en intrigerende wegen opent voor toekomstig werk om de aanpak uit te breiden naar algemene soorten geluidsbronnen en andere kwantumprotocollen.

Meer informatie: Zhao-Di Liu et al, Ruis overwinnen bij kwantumteleportatie met meerdelige hybride verstrengeling, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj3435

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door Universiteit van Turku