Международная группа исследователей, включая ученых из Падерборнского университета, достигла значительного рубежа на пути к квантовому интернету. Впервые им удалось телепортировать состояние поляризации одиночного фотона от одной квантовой точки к другой, физически отделенной. Простыми словами, они заставили свойства одного фотона перескочить на другой с помощью квантовой телепортации, что звучит как что-то из «Звездного пути», но на самом деле это просто физика, которая рисуется.

В эксперименте использовалась 270-метровая оптическая линия связи в свободном пространстве для соединения систем, а результаты были опубликованы в журнале Nature Communications. Докторанты и постдоки из Падерборна потратили около десяти лет на оптические измерения, анализ данных и оценку, тесно сотрудничая с командой профессора Ринальдо Тротты из Римского университета Сапиенца.

«Эксперимент впечатляюще демонстрирует, что источники квантового света на основе полупроводниковых квантовых точек могут служить ключевой технологией для будущих сетей квантовой связи», — объяснил профессор Клаус Йёнс, руководитель исследовательской группы «Гибридные фотонные квантовые устройства» в Падерборне. «Успешная квантовая телепортация между двумя независимыми квантовыми излучателями представляет собой жизненно важный шаг к масштабируемым квантовым ретрансляторам и, следовательно, к практической реализации квантового интернета».

Прорыв стал возможен благодаря вкладу нескольких европейских исследовательских центров. Квантовые точки были разработаны в Университете Иоганна Кеплера в Линце, нанофабрикация резонаторов проводилась в Университете Вюрцбурга, а эксперименты по телепортации прошли в Римском университете Сапиенца, где ученые соединили два здания с помощью той самой 270-метровой оптической линии в свободном пространстве. Система использовала GPS-синхронизацию, сверхбыстрые детекторы одиночных фотонов и методы стабилизации для противодействия атмосферной турбулентности. Достигнутая точность телепортации составила до 82 ± 1%, превышая классический предел более чем на 10 стандартных отклонений — что по-научному означает «мы довольно уверены, что это сработало».

Это достижение открывает путь к «обмену запутанностью» между двумя квантовыми точками, что позволит создать первый квантовый ретранслятор с использованием двух детерминированных источников запутанных фотонных пар. Детерминированные источники могут надежно производить одиночные фотоны почти по требованию, хотя их разработка была серьезной проблемой — потому что, конечно, в квантовой механике ничего не бывает легко.

По совпадению, другая исследовательская группа из Штутгарта и Саарбрюккена сообщила о подобном достижении с использованием преобразования частоты почти в то же время. Вместе эти результаты знаменуют важную веху для квантовых исследований в Европе и приближают видение функционального квантового интернета к реальности — при условии, что реальность не запутается сама с собой.