Прорыв в квантовой телепортации: ученые решили 25-летнюю проблему запутанности

Ученые разработали и экспериментально продемонстрировали долгожданный метод идентификации W-состояний — важной формы многофотонной квантовой запутанности. Этот метод может значительно упростить измерение сложных запутанных систем и открыть новые возможности для квантовой телепортации, связи и вычислений.

Квантовая запутанность связывает частицы так, что их свойства нельзя полностью описать независимо, что противоречит классическому ожиданию отдельной физической реальности. Для создания квантовых технологий нужно не только создавать многофотонные запутанные состояния, но и эффективно определять их тип. Стандартная квантовая томография требует экспоненциально больше данных с ростом числа фотонов, тогда как запутанное измерение может идентифицировать состояние однократно. Исследователи из Киотского и Хиросимского университетов использовали циклическую сдвиговую симметрию W-состояния и фотонную квантовую схему с квантовым преобразованием Фурье; они построили устройство для трех фотонов и показали возможность различать типы трехфотонных W-состояний, а также измерили точность выполнения задачи.

По словам авторов, спустя более 25 лет после первоначального предложения запутанного измерения для GHZ-состояний им наконец удалось получить запутанное измерение и для W-состояния с реальной экспериментальной демонстрацией для 3-фотонных W-состояний. Разработка может повлиять на квантовую телепортацию, новые протоколы квантовой связи, методы передачи многофотонных запутанных состояний и новые формы квантовых вычислений на основе измерений. В дальнейшем исследователи планируют расширить метод на более крупные и общие многофотонные запутанные состояния и создать фотонные квантовые схемы на чипе для более компактной и интегрируемой технологии.