Группа ученых из Йокогамского Национального университета (Япония) успешно продемонстрировала квантовую телепортацию — дистанционный обмен квантовыми состояниями — в алмазе.
- Квантовая телепортация - ключевой принцип квантовой информационной технологии. Он позволяет передавать квантовую информацию в недоступное другим образом пространство", - говорит профессор Хидео Косака, старший автор исследования.
- Он также позволяет передавать информацию в квантовую память, не раскрывая и не уничтожая сохраненную квантовую информацию.”
Недоступное пространство, в данном случае, состояло из атомов углерода в алмазе. Сделанный из связанных, но индивидуально содержащихся атомов углерода, Алмаз содержит идеальные ингредиенты для квантовой телепортации.
Атом углерода содержит в своем ядре шесть протонов и шесть нейтронов, окруженных шестью вращающимися электронами. Когда атомы соединяются в алмаз,они образуют известную прочную решетку.
Однако алмазы имеют сложные дефекты, когда атом азота находится в одной из двух соседних вакансий, где должны быть атомы углерода. Этот дефект называется азотно-вакантным центром.
Окруженная атомами углерода, структура ядра атома азота создает то, что физики называют наномагнетиком.
Чтобы манипулировать электроном и изотопом углерода в вакансии, профессор Косака и его коллеги прикрепили к поверхности алмаза проволоку примерно в четверть ширины человеческого волоса.
Исследователи применили микроволну и радиоволну к проводу, чтобы создать колебательное магнитное поле вокруг алмаза.
Они сформировали микроволну, чтобы создать оптимальные, контролируемые условия для передачи квантовой информации внутри алмаза.
Затем они использовали азотный наномагнетик для закрепления электрона.
Используя микроволновые и радиоволны, они заставили спин электрона запутаться с углеродным ядерным спином-угловым моментом электрона и ядра атома углерода.
Спин электрона разрушается под действием магнитного поля, создаваемого наномагнетиком, что позволяет ему стать восприимчивым к запутыванию.
Как только эти две части переплетаются, то есть их физические характеристики настолько переплетены, что их нельзя описать по отдельности, применяется фотон, который содержит квантовую информацию, и электрон поглощает фотон.
Поглощение позволяет перенести поляризационное состояние фотона в углерод, который опосредуется запутанным электроном, демонстрируя телепортацию информации на квантовом уровне.
"Успех хранения фотонов в другом узле устанавливает запутанность между двумя соседними узлами. Этот процесс, называемый квантовыми ретрансляторами, может передавать отдельные фрагменты информации от узла к узлу через квантовое поле", - сказал профессор Косака.
"Наша конечная цель-реализовать масштабируемые квантовые ретрансляторы для дальней квантовой связи и распределенные квантовые компьютеры для крупномасштабных квантовых вычислений и метрологии.”
Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Physics.