Poprvé dosaženo kvantové teleportace přes internet

Kvantový stav světla byl úspěšně teleportován přes více než 30 kilometrů dlouhý optický kabel uprostřed proudu internetového provozu, což je technický výkon, který byl dříve považován za nemožný.

Působivá demonstrace vědců z USA vám možná nepomůže přenést se do práce a vyhnout se ranní zácpě nebo rychleji stáhnout oblíbená videa s kočkami. Schopnost teleportovat kvantové stavy prostřednictvím stávající infrastruktury však představuje monumentální krok k dosažení kvantově propojené počítačové sítě, zdokonaleného šifrování nebo nových výkonných metod snímání.

„Je to neuvěřitelně vzrušující, protože si nikdo nemyslel, že je to možné,“ říká Prem Kumar, počítačový inženýr z Northwestern University, který studii vedl. „Naše práce ukazuje cestu ke kvantovým a klasickým sítím příští generace, které budou sdílet jednotnou infrastrukturu optických vláken. V podstatě to otevírá dveře k posunu kvantové komunikace na další úroveň.“

Teleportace, která se podobá dopravním systémům ze Star Treku, které v mžiku oka přenášejí cestující napříč časem a prostorem, využívá kvantové možnosti objektu na jednom místě a pečlivým zničením vnucuje stejnou rovnováhu možností podobnému objektu na jiném místě.

Ačkoli úkony měření obou objektů zpečetí jejich osud ve stejném okamžiku, proces propletení jejich kvantových identit stále vyžaduje vyslání jediné vlny informace mezi body v prostoru. Stejně jako pohádková nit v jarní přeháňce je kvantový stav jakéhokoli objektu mlhavou šmouhou možností, u níž hrozí, že se chvíli po vytvoření rozplyne v realitě. Elektromagnetické vlny záření a tepelné narážení a mletí pohybujících se částic rychle redukují kvantový význam do dekoherence, pokud není nějakým způsobem chráněn.

Stínění kvantových stavů uvnitř počítačů je jedna věc. Poslat jediný foton optickými vlákny, kterými probíhají bankovní transakce, videa s kočkami a textové zprávy, a zároveň ochránit jeho kvantový stav je mnohem náročnější. To už rovnou můžete hodit kvantovou pohádkovou nit do Mississippi a doufat, že na konci bude vypadat stejně dobře.

Aby tým výzkumníků zachoval vzácný stav osamělého fotonu před proudem internetového provozu o rychlosti 400 gigabitů za sekundu, použil řadu technik, které omezily kanál fotonu a snížily pravděpodobnost, že se rozptýlí a smísí s jinými vlnami. „Pečlivě jsme studovali, jak se světlo rozptyluje, a umístili jsme naše fotony do soudného bodu, kde je tento mechanismus rozptylu minimalizován,“ říká Kumar.

„Zjistili jsme, že můžeme provádět kvantovou komunikaci bez rušení klasickými kanály, které jsou současně přítomny.“ Zatímco jiné výzkumné skupiny úspěšně přenášely kvantové informace vedle klasických datových toků v simulacích internetu, Kumarův tým je první, kdo teleportuje kvantový stav vedle skutečného internetového toku.

Každý test dále naznačuje, že kvantový internet je nevyhnutelný, a dává výpočetním inženýrům zcela nový soubor nástrojů pro měření, monitorování, šifrování a výpočty našeho světa jako nikdy předtím, aniž by k tomu bylo nutné znovu vynalézat internet. „Kvantová teleportace je schopna bezpečně zajistit kvantové spojení mezi geograficky vzdálenými uzly,“ říká Kumar.

„Mnoho lidí však dlouho předpokládalo, že nikdo nebude budovat specializovanou infrastrukturu pro posílání částic světla. Pokud správně zvolíme vlnové délky, nebudeme muset budovat novou infrastrukturu. Klasická komunikace a kvantová komunikace mohou existovat vedle sebe.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: opg.optica.org, news.northwestern.edu