Teleportarea cuantică de nouă generație în doar 2 fotoni

Teleportarea cuantică tocmai a devenit mai simplă și mai fiabilă. Tehnica îmbunătățită ar putea duce la rețele cuantice securizate pentru comunicare și calcul.

În ciuda conotației sale SF, teleportarea cuantică nu mișcă obiectele în mod magic, ci transmite informații fragile. Spre deosebire de datele clasice – 1-urile și 0-urile folosite în electronică – informațiile cuantice pot exista în mai multe stări simultan, atâta timp cât particulele care codifică datele nu sunt perturbate sau măsurate. Teleportarea permite transferul stării cuantice a unei particule de la o particulă la alta.

Procedura standard pentru teleportarea cuantică, propusă în 1993, necesită în total trei particule: particula care urmează să fie teleportată, numită C, plus o pereche de particule, A și B, care sunt încurcate, ceea ce înseamnă că sunt legate într-un mod care măsura o proprietate a unuia dezvăluie instantaneu valoarea acelei proprietăți pentru celălalt. Emițătorul măsoară proprietatea dorită a particulelor A și C, ruinând astfel stările lor cuantice. Expeditorul apelează destinatarul (sau e-mail-uri sau faxuri – orice metodă tradițională de comunicare va face) și partajează măsurătorile. Pe baza acestor informații, receptorul poate modifica particula B astfel încât proprietatea dorită să se potrivească perfect cu cea a lui C înainte de a fi măsurată. De fapt, B devine C.

Folosind această metodă, oamenii de știință au teleportat particule de până la 143 de kilometri (SN: 30.06.12, str. 10), dar fizicienii, inclusiv Ebrahim Karimi de la Universitatea din Ottawa, au avut rezerve. Măsurarea simultană a doi fotoni de către expeditor necesită echipamente costisitoare și complicate. Și chiar și cu aceste instrumente, teleportarea eșuează adesea. Așadar, Karimi și colegii săi au conceput un experiment care folosește echipamente mai puțin sofisticate și ar transfera teoretic informații cuantice cu succes 100%. Metoda necesită încă un apel telefonic; transmisiile mai rapide decât lumina nu sunt permise.

Demonstrația lui Karimi a folosit doi fotoni. Cercetătorii au încurcat particulele folosind o proprietate numită moment unghiular orbital, o măsură a cât de mult orbitează o particulă în jurul axei mișcării sale înainte. În cadrul schemei din 1993, cercetătorii ar fi introdus apoi o a treia particulă și ar fi teleportat starea ei de moment unghiular orbital. În schimb, echipa lui Karimi a codificat informațiile cuantice într-o a doua proprietate – polarizarea – a fotonului încurcat al emițătorului, A. Emițătorul a măsurat apoi ambele proprietăți ale particulei și a trimis rezultatele la receptor. Cercetătorii ar putea teleporta informațiile cuantice deținute în polarizarea lui A la momentul unghiular orbital al lui B în mai mult de 99% din timp, raportează ei într-un articol publicat pe 30 aprilie pe arXiv.org.

„Nefolosind cea de-a treia particulă, receptorul primește întotdeauna informațiile corecte”, spune Karimi. „Este un experiment frumos”, adaugă Seth Lloyd, inginer mecanic la MIT. „De fapt, fac teleportare în mod necondiționat – fără dacă, și sau dar.”

Lloyd adaugă că tehnica are potențial pentru aplicații precum criptografia cuantică și comunicarea, precum și pentru conectarea viitoarelor computere cuantice. Informațiile teleportate sunt sigure, deoarece un interceptator ar trebui să intercepteze atât fotonul încurcat al receptorului, cât și mesajul care raportează măsurătorile expeditorului.