Cercetătorii au teleportat pentru prima dată o imagine prin 100 de canale cuantice simultan

Teleportarea cuantică a făcut un nou pas spre aplicații practice, după ce o echipă de cercetători a reușit să transmită simultan informație cuantică prin 100 de canale independente. Experimentul arată că tehnologia poate fi extinsă dincolo de demonstrațiile realizate pe un singur canal și ar putea contribui, în viitor, la dezvoltarea unor rețele capabile să transporte cantități mai mari de informație cuantică.

Echipa de fizicieni condusă de Jietai Jing, de la Universitatea Normală din China de Est, a folosit 100 de moduri spațiale distincte ale luminii, aranjate într-o matrice de 10 × 10. Fiecare dintre aceste moduri a putut fi controlat individual și a funcționat ca un canal separat pentru teleportarea cuantică. Pentru a demonstra că sistemul funcționează, cercetătorii au codificat informația într-o imagine alcătuită din 100 de „pixeli” optici, se arată în Physical Review Letters.

Ce înseamnă, de fapt, teleportarea cuantică

Denumirea poate suna spectaculos, însă teleportarea cuantică nu înseamnă că un obiect sau o particulă dispare într-un loc și apare instantaneu în altul. Procesul permite transferarea stării cuantice a unui sistem către un alt sistem aflat la distanță, folosind inseparabilitatea cuantică și un canal de comunicare clasic.

Conceptul a fost propus în 1993, iar primele demonstrații experimentale au urmat câțiva ani mai târziu. De atunci, cercetătorii au reușit să teleporteze stări cuantice folosind fotoni, atomi și qubiți în stare solidă, inclusiv pe distanțe de peste 100 de kilometri și între Pământ și un satelit.

Problema nu mai ține însă doar de distanță. Pentru ca o rețea cuantică să poată conecta mai multe calculatoare și dispozitive, trebuie găsite metode prin care numeroase stări cuantice să fie transmise și procesate în paralel. Creșterea numărului de canale este, astfel, una dintre provocările importante pentru dezvoltarea comunicațiilor cuantice.

În noul experiment, cercetătorii au folosit 100 de moduri spațiale ale luminii, dispuse într-o grilă de 10 × 10. Fiecare mod a fost controlat independent, iar echipa a creat o structură corespunzătoare de lumină aflată în inseparabilitate cuantică. Un sistem optic a permis procesarea simultană a tuturor celor 100 de canale.

Imaginea nu a fost teleportată ca o fotografie

Imaginea demonstrată în experiment era, de fapt, o reprezentare a informației cuantice. Cercetătorii au codificat o matrice optică de 10 × 10, în care fiecare mod spațial putea fi privit ca un pixel. Cele 100 de moduri formau împreună litera „Q”.

Vezi și:

O particulă de sticlă de 100 de nanometri a fost „împletită” cu lumina: experimentul care apropie fizica cuantică de aplicații reale

Un nou test pune computerele cuantice la încercare. Cele mai puternice sisteme sunt încă departe de problemele reale

Starea cuantică asociată fiecărui mod a fost teleportată în paralel către receptor, unde cercetătorii au reconstruit modelul. Prin urmare, experimentul nu presupune transmiterea unei fotografii propriu-zise printr-un fel de „portal” cuantic, ci transferul informației cuantice care descrie fiecare dintre cele 100 de componente ale imaginii.

Echipa a verificat și fidelitatea teleportării, un indicator care arată cât de bine corespunde starea cuantică recepționată celei inițiale. Fidelitatea medie obținută a fost de 0,60, peste limita clasică de 0,52, iar rezultatul a depășit această limită pentru toate cele 100 de moduri spațiale.

Unul dintre avantajele arhitecturii este faptul că nu a fost nevoie de construirea unui sistem separat pentru fiecare canal. Cele 100 de canale au fost procesate simultan în aceeași matrice optică. Potrivit cercetătorilor, această abordare ar putea deveni importantă pe măsură ce rețelele cuantice vor crește atât ca dimensiune, cât și ca număr de conexiuni.

Există însă încă limite importante. Sistemul experimental a fost restricționat, printre altele, de puterea laserului utilizat, de aproximativ un watt. Surse de lumină mai puternice ar putea permite folosirea unui număr mai mare de moduri spațiale și, implicit, extinderea numărului de canale.

Experimentul nu transformă deocamdată teleportarea cuantică într-o metodă de transfer rapid al fotografiilor sau fișierelor obișnuite. Demonstrația arată însă că informația cuantică poate fi manipulată simultan pe un număr mult mai mare de canale, un pas relevant pentru cercetarea unor sisteme de comunicații cuantice care să poată fi extinse în viitor.

Chiriile din România au crescut de peste 14 ori mai repede decât media UE. De ce s-a ajuns aici