Fyzikové dokázali zesílit a na dálku přenést kvantově zapletené signály

30. červenec 2014
Snímek optického vlákna

Na tomto úkolu spolupracovali ruský fyzik Sergej Filippov a jeho slovenský kolega Mario Ziman, který pracuje střídavě v Bratislavě a Brně.

Dotyčné kvantové zapletení se týkalo fotonů, tedy jimi přenášených optických signálů. Kvantové zapletení částic se projevuje tehdy, když jsme jejich měřením doposud neurčili jejich stavy, a za podmínky, že byly částice na začátku experimentu pohromadě a jejich parametry spolu nějak vzájemně fyzikálně (silově) souvisely. Následkem toho jsou tyto elementární částice, jmenovitě jejich obecné kvantové stavy i nadále tzv. vzájemně kvantově zapleteny. I posléze vzdálené elementární částice jsou tak spojeny neviditelným poutem, chovají se i nadále jako jeden propojený kvantový systém. Stanovením parametrů jedné částice pak zároveň zjistíme parametry částice druhé.

Těžší už je ovšem s kvantově zapletenou dvojicí částic pracovat dále a provádět s ní reálné fyzikální operace. Například signál s těmito částicemi zesilovat nebo tyto částice přenášet na velkou vzdálenost v prostoru, aby vlastnost zapletení zůstala neporušena. Pokud se kvantově zapletené fotony paralelně odvysílají před dvě optická vlákna na vzdálenost několika kilometrů, jejich kvantové zapletení většinou zmizí vlivem vnějšího rušení (interference).

Kvantové zapletení hraje také klíčovou roli v zabezpečené kvantové komunikaci, v oblasti kvantových počítačů a oblasti kvantové teleportace částic. Pokud chceme v budoucnosti provozovat podobné kvantové komunikační sítě a kvantové počítače, problém stability kvantového zapletení vůči manipulacím se signály je klíčový.

Filippov a Ziman dosáhli úspěchu zvolením speciálního tvaru vlnových funkcí neboli vlnových balíků částic. Vlnové funkce neměly při svém rozložení v prostoru jinak obvyklý tvar Gaussovy křivky, naopak volba vlnových funkcí negaussovského typu značně prodloužila životnost a stabilitu kvantového zapletení dotyčných fotonů a zvýšila šanci, že do cílové stanice v optické síti dorazí mnoho kvantově zapletených dvojic fotonů. Nicméně ani v tomto případě nelze poslat kvantově zapletený pár optických signálů na neomezenou vzdálenost, třeba kvůli jejich absorpci v materiálu.

Zdroje: Phys.Org, MIPT (Moscow Institute of Physics and Technology), Photonics Online, Physical Review A

autor:Pavel Vachtl
  • Technologie