Достигнута квантовая телепортация между фотонами от двух удаленных источников света
Дальность распространения света ограничена, поэтому для квантового интернета необходимо обновлять световой сигнал примерно каждые 50 километров с помощью оптического усилителя. Квантовую информацию невозможно просто усилить, скопировать и передать, в квантовом интернете это не работает, но квантовая физика позволяет передавать информацию от одного фотона к другому, пока она остаётся неизвестной (квантовая телепортация). Исследователи из Института полупроводниковой оптики и функциональных интерфейсов (IHFG) Штутгартского университета совершили решающий прорыв в разработке одного из самых технически сложных компонентов — квантового повторителя. Учёным впервые в мире удалось передать квантовую информацию между фотонами, исходящими из двух разных квантовых точек. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Фото: Физики из исследовательских групп Университета Штутгарта, Саарбрюккена и Дрездена проводят эксперимент по квантовой телепортации (слева направо: Тобиас Бауэр, Марлон Шефер, Каспар Хопфманн, Стефан Казмайер, Тим Штробель, Симоне Лука Порталупи). Фото: Джулиан Майш.
физики разрабатывают квантовые повторители, которые обновляют квантовую информацию до её поглощения оптоволокном. Они должны служить узлами квантового интернета. Однако существуют значительные технические препятствия — для передачи квантовой информации посредством телепортации фотоны должны быть неразличимы (то есть иметь примерно одинаковый временной профиль и цвет). Это оказывается чрезвычайно сложным, поскольку они генерируются в разных местах и из разных источников.
В рамках проекта учёные разработали полупроводниковые источники света, генерирующие практически идентичные фотоны. В этих полупроводниковых островках присутствуют определённые фиксированные уровни энергии, как в атоме. Это позволяет генерировать отдельные фотоны с заданными свойствами.
Рис.: Установка для квантовой телепортации. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65912-8.
В ходе экспериментов физики из Штутгартского университета успешно телепортировали состояние поляризации фотона, возникающего в одной квантовой точке, в другой фотон, возникший в другой квантовой точке. Одна квантовая точка генерирует один фотон, другая — запутанную пару фотонов. Ключевую роль в успехе эксперимента сыграли квантовые преобразователи частоты, компенсирующие остаточную разницу частот между фотонами.
В предыдущей работе было показано, что запутанность фотонов квантовых точек сохраняется даже после передачи сигнала на расстояние 36 километров через центр Штутгарта. Следующая цель — повысить текущий показатель успешности телепортации, который в настоящее время составляет чуть более 70%. Флуктуации в квантовых точках по-прежнему приводят к небольшим различиям в фотонах.
