В новой работе, опубликованной на портале Communications Physics, японские ученые рассказали о том, как им удалось осуществить квантовую телепортацию. «Квантовая телепортация позволяет передавать квантовую информацию в иное, недоступное пространство», рассказал Хидео Косака, профессор инженерного дела в Йокогамском национальном университете и автор исследования. «Она также позволяет передавать информацию в квантовую память, не раскрывая и не уничтожая уже сохраненные данные», добавил он.
В данном случае «недоступное пространство» состояло из атомов углерода внутри алмаза. Алмаз состоит из связанных между собой, но при этом в достаточной степени обособленных атомов, что делает его идеальной средой для испытаний механики телепортации. В своем ядре каждый атом углерода содержит шесть протонов и нейтронов, окруженных шестью вращающимися электронами. Поэтому, когда атомы связываются в единую структуру алмаза, они образуют особо прочную решетку. Но, разумеется, она может содержать в себе дефекты — к примеру, когда место атома углерода случайно занимает атом азота. Такой дефект носит название азотно-вакансионного центра.
Окруженная атомами углерода, структура ядра атома азота создает то, что Косака называет наномагнитом.
Чтобы манипулировать электроном и изотопом углерода в вакансионном центре, Косака и команда прикрепили поверхности алмаза проволоку примерно на четверть ширины человеческого волоса. После этого они с помощью микроволнового излучения создали колеблющееся магнитное поле вокруг алмаза. Азотный «наномагнит» использовался для фиксации электрона. Затем, с помощью радиоволнового и электроволнового излучения команда заставила спин электрона переплестись с ядерным спином углерода так, что они фактически становятся единым целым и больше не могут рассматриваться отдельно друг от друга. В этот момент в систему вводится фотон, содержащий квантовую информацию, и электрон поглощает его. В результате заряд переносится электроном в углерод и поляризует его, а вместе с этим передается и квантовая информация.
Свое устройство ученые назвали «квантовым повторителем», и с его помощью можно передавать отдельные порции информации от узла к узлу через квантовое поле. Конечная цель эксперимента — масштабируемые повторители, которые позволят осуществлять телепортацию информации на большие информации. Конечно, не обойдется и без распределительных квантовых компьютеров, которые помогут осуществлять более серьезные вычисления.
