Прорыв в квантовой телепортации: учёные решили 25-летнюю задачу с запутанностью фотонов

Исследователи из Киотского и Хиросимского университетов разработали метод идентификации W-состояний — особой формы многофотонной квантовой запутанности

Учёные преодолели давнюю проблему измерения многофотонной квантовой запутанности, что может ускорить развитие квантовых технологий. Ранее для определения типа запутанного состояния применяли квантовую томографию — метод, требующий экспоненциально растущего числа измерений при добавлении новых фотонов. Альтернативой могла стать запутанная мера, но до сих пор её удалось реализовать лишь для GHZ-состояний, а для важных W-состояний подходящего способа не существовало.

Команда под руководством Сигеки Такеучи построила подход на основе циклической симметрии W-состояний: эта математическая особенность позволяет сдвигать расположение фотонов по циклу без нарушения общей структуры. В основе метода — фотонная квантовая схема, выполняющая квантовое преобразование Фурье: оно перестраивает квантовую информацию так, чтобы выявить скрытые закономерности. Эксперимент с тремя фотонами подтвердил работоспособность схемы — устройство различало разные типы трёхфотонных W-состояний.

Результаты, опубликованные в Science Advances, открывают путь к прогрессу в квантовой телепортации (передаче квантового состояния без физического перемещения материи), разработке новых протоколов квантовой связи и методов квантовых вычислений на основе измерений. В перспективе метод планируют масштабировать на системы с большим числом фотонов и реализовать на компактных фотонных квантовых схемах для интеграции в будущие квантовые устройства.

Источник: ScienceDaily