Silicon Taiga: Ученым впервые удалось передать информацию в пределах одного чипа с помощью квантовой телепортации

Благодаря усилиям многих групп ученых квантовая телепортация неуклонно приближается к тому моменту, когда ее практическое применение станет самой обычной технологией. И одним из последних достижений в этом направлении является работа швейцарских ученых, которым впервые в истории науки удалось реализовать передачу данных с помощью контролируемой квантовой телепортации в пределах одного чипа, структура которого весьма близка к структуре обычных компьютерных чипов.

Методы квантовой телепортации, которые были разработаны в ходе данных исследований, являются большим продвижением вперед к разработке реальных квантовых компьютеров и квантовых коммуникационных сетей, гарантирующих полностью безопасную передачу конфиденциальных данных.

Квантовый чип

В отличие от телепортов из "Звездного пути", технологии квантовой телепортации не перемещают материальные объекты в пространстве. С помощью этого метода осуществляется лишь передача квантовой информации между двумя взаимосвязанными, запутанными на квантовом уровне, объектами, чаще всего электронами, атомами или фотонами. В качестве передаваемой квантовой информации может выступать поляризация, энергия, направление вращения и другие физические характеристики, присущие квантовым объектам.

Создание работоспособного канала передачи квантовой информации является весьма сложной задачей, которая начинает покоряться ученым лишь в последнее время. Нестабильность квантовой телепортации является следствием "хрупкости" квантовых свойств частицы, которые разрушаются или изменяются под влиянием любого даже очень слабого внешнего воздействия. В момент передачи информации устройство-отправитель не может просто измерить квантовое состояние частицы и изменить его должным образом, сам факт этого измерения послужит причиной разрушения квантовой информации.

В 1997 году ученые-физики разработали методику реализации квантовой телепортации, но, к сожалению, она работала крайне нестабильно, доставляя получателю лишь малый процент передаваемой информации. С того момента времени физики усовершенствовали технологии и в конце концов квантовая телепортация более-менее устойчиво работала с помощью фотонов, передаваемых через оптоволоконные кабеля на достаточно большие расстояния.

Не так давно группа ученых из Швейцарского федерального Технологического института в Цюрихе (Swiss Federal Institute of Technology Zurich, ETH Zurich), возглавляемая физиком Андреасом Валлрафф (Andreas Wallraff), создала первый полупроводниковый прибор, подобный компьютерному чипу, в пределах которого реализована технология передачи информации с помощью квантовой телепортации.

На кристалле чипа содержатся крошечные структуры, поведение которых соответствует поведению отдельных атомов. Эти структуры окружены и связаны с крошечными резонаторами, излучающими микроволновое излучение, которая позволяет управлять квантовым состоянием псевдо-атома и запутывает на квантовом уровне два псевдо-атома, расположенные по соседству. Программируя квантовую информацию одной из структур, исследователи добились изменения сигнала, считываемого со второй структуры, и наоборот.

Но что является самым примечательным, система квантовой телепортации Андреаса Валлрафф является наиболее быстродействующей системой на сегодняшний день, с ее помощью можно передать до 10 тысяч бит информации в секунду. Помимо такой беспрецедентно высокой для квантовых систем скорости переключения, эта система обладает крайне высокой надежностью, за все время экспериментов и исследований было зарегистрировано всего несколько случаев передачи недостоверной информации.

Описание разработанных методов, их теоретические обоснования и результаты проведенных экспериментов были опубликованы в журнале Nature, в выпуске от 15 августа 2013 года.