Številke dveh inherentnih lastnosti enega fotona - njegov spin in njegov orbitani kotni moment - sta bili preneseni preko kvantne teleportacije v drug foton prvič s strani kitajskih fizikov. S prejšnjimi eksperimenti jim je uspelo teleportirati eno lastnost, toda razširitev tega na dve lastnosti se je pokazalo kot zahtevna naloga, ki so jo komaj sedaj izvedli. Timsko delo je ključni korak nasproti izboljševanju našega razumevanja osnov kvantne mehanike in bi lahko rezultati igrali ključno vlogo pri razvoju kvantnih komunikacij in kvantnih računalnikov.
Alice in Bob
Kvantna teleportacija se je bila prvič pojavila v zgodnjih 1990. po tem, ko so štirje raziskovalci, vključno z Charlesom Bennettom iz IBMa v New Yorku razvili osnovni protokol kvantne teleportacije. Za uspešena teleportacija kvantenga stanja morate narediti precizne začetne meritve sistema, prenesni meritev informacij na prejemno lokacijo in rekonstruirati popolno kopijo orininalnega stanja. Teorem “ne-kloniranja” kvantne mehanike narekuje, da je nemogoče narediti popolno kopijo kvantnega delca. Vendar pa so raziskovalci odkrili pot okrog tega preko teleportacije, kar dovoljuje, da se prekopirajo lastnosti delca brez napak. To se zgodi v zahvalo dokončno popolnemu prenosu lastnosti (namesto kot dejanska kopija) na drugi delec na tak način, da prvi delec izgubi vse lastnosti, ki so teleportirane.
V tem protokolu je opazovalec, Alice, poslal informacijo o neznanem kvantnem stanju (ali lastnosti) drugemu opazovalcu, Bobu, preko izmenjave klasičnih informacij. Obema, tako Alice kot Bobu je bilo v začetku danih polovico dodatnih parov prepletenih delce, ki se obnašajo kot “kvantni kanal” preko katere se bo teleportacija dokončno zgodila. Alice bo potem komunicirala neznano kvantno stanje s svojo polovico prepletenih delcev, izmerila kombinirano kvantno stanje in poslala rezultate skoz klasični kanal Bobu. Samo dejanje meritev spremeni stanje Bobove polovice prepletenega para in to skopaj s kombiniranim rezultatom Alicinih meritev, omogoča Bobu, da rekostruira neznano kvantno stanje. Prvi experiment teleportacije spina (ali polarizacije) fotona je bil izveden leta 1997. Od takrat, so bila stanja aomskega spina, koherentnih svetlobnih polj, nuklearnega spina in ujetih ionov teleportirana.
Vendar pa ima vsak kvantni delec več kot eno dano stanje ali lastnost - na razpolgao imajo različne “stopnje svobode”, od katerih so mnoge mdesebojno povezane. Celo enostane foton ima različne lastnosti kot frekvenca, moment, spin in orbitalni kotni moment (OAM), ki so inherentno povezane.
Več kot eden
Teleportacija več kot ene lastnosti hkrati je bistveno, da bi popolnoma opisali kvantni delec in to, da bi to dosegli bi bil začasen korak nasproti teleportaciji nečesa večjega kot kvantni delec, kar bi lahko bilo zelo uporabno v izmenjavi kvantnih informacij. Sedaj pa so Chaoyang Lu and Jian-Wei Pan, skupaj s kolegi na University of Science and Technology of China in Hefei naredili prvi korak v simultani telepotaciji večin lastnosti enega fotona.
V eksperimentu tim teleportira več kvantnih stanj enega fotona, ki je zakodiran tako v spinu kot OAMju. Da bi prenesli dve lastnosti zahteva ne le posebaj prepleteno skupino delcev (kvantni kanal) temveč “hiper-prepleteno” skupino - kjer sta dva delca simultano prepletena tako v njujem spinu in njuni OAM. Raziskovalci sijejo skozi močan laser, ki pulzira z ultravijolično svetlobo na treh nelinearnih kristalih, da bi ustvarili tri pare fotonov - en par je hiper-prepleten in se ga uporablja kot “kvantni kanal”, drugi prepleteni par se uporablja za izvajanje takojšnje “ne-izničujoče” meritev, medtem, ko je tretji par uporabljen za pripravo stanja iz dveh lastnosti enega fotona, ki bo na koncu teleportiran.
Več >>>
