Einstein się mylił. Japonia otwiera drzwi do kwantowej teleportacji

Kwantowe splątanie – klucz do teleportacji

W świecie mechaniki kwantowej ludzka intuicja zawodzi. Nie inaczej jest w przypadku tzw. splątań kwantowych, o które naukowcy spierają się od dziesięcioleci. Chodzi o sytuację, w której fotony, czyli cząsteczki światła, nie posiadają swoich własnych właściwości. Zamiast tego ich cechy są powiązane z innymi fotonami, często oddalonymi na sporą odległość.

O co spierają się naukowcy?

Z teorią splątań kwantowych nie mógł pogodzić się między innymi Albert Einstein. Słynny fizyk nie przyjmował do wiadomości, że każda cząstka nie posiada własnych, niezależnych właściwości.

Zrozumienie splątania jest kluczowe dla rozwoju przyszłych technologii kwantowych. Im jednak więcej fotonów jest ze sobą w ten sposób połączonych, tym większej mocy obliczeniowej potrzeba, aby przeanalizować dane splątanie. Szczególnie wyzwanie stanowiły splątania kwantowe typu W. Dlaczego?

Poszukiwania stabilnych splotów: typ W

Dotychczas naukowcy potrafili mierzyć tylko splątania typu GHZ. Są to mało stabilne sploty, z których wystarczy usunąć jeden element, aby w całości się rozpadły. Typ W jest znacznie mniej kruchy, a usunięcie jednej cząstki nie uszkadza całego splątania. Dlaczego to takie ważne?

25 lat oczekiwania na przełom

Ta właściwość jest istotna w kontekście bezpiecznego przechowywanie informacji w kwantach. Dzięki trwałej strukturze ryzyko jej utraty jest po prostu mniejsze. Teoretycznie opanowanie splotów typu W mogłoby też pozwolić na opracowanie kwantowej teleportacji.

Pierwszych pomiarów splątań typu GHZ dokonano już ćwierć wieku temu. Po 25 latach naukowcy z Uniwersytetu w Kioto i Uniwersytetu w Hiroszimie uzyskali pierwszą analizę dla splotu W. Udało się im również stworzyć model tego typu wiązania złożony z 3 fotonów. Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Science Advances. W jaki sposób badacze tego dokonali?

Odkryj sekrety świata nauki na kanale Holistic News na YouTube:

Sekret symetrii fotonów

Zespół z Kioto odkrył sprytny sposób na „złapanie” nieuchwytnego stanu W. Stworzone przez nich urządzenie potrafi rozpoznać unikalną cechę tego zjawiska, jaką jest symetria przesunięcia cyklicznego. Można powiedzieć, że to powtarzający się wzorzec w zachowaniu fotonów.

Urządzenie testowe dla trzech cząstek wykorzystuje niezwykle stabilne obwody optyczne. Co istotne może ono działać godzinami zupełnie samo, bez konieczności poprawek. Wystarczy wpuścić do niego trzy fotony o określonych właściwościach, a urządzenie samo rozpozna, z jakim typem splątania ma do czynienia.

Kwantowa teleportacja już wkrótce?

Odkrycie otwiera drzwi do kwantowej teleportacji. W ramach stabilnych splotów typu W może być bowiem możliwe przenoszenie informacji drogą kwantową. Odkrycie Japończyków może również usprawnić komunikację oraz doprowadzić do odkrycia nowych metod obliczeń kwantowych opartych na pomiarach.

Zespół planuje teraz zastosować swoją metodę do większych, bardziej ogólnych wielofotonowych stanów splątanych. Odkrycia naukowców z Japonii mogą przynieść prawdziwą rewolucję i udowodnić, że Albert Einstein – choć genialny – tym razem się mylił.

Jak sztuczna inteligencja pomogła rozwiązać kwantową zagadkę? Sprawdź artykuł: Przełom w komunikacji kwantowej. Splątanie kwantowe stało się proste