Исследователи опубликовали свои результаты 28 июня 2019 года в Communications Physics.
«Квантовая телепортация позволяет передавать квантовую информацию в другое недоступное пространство», – сказал Хидео Косака, профессор инженерных наук Йокогамского национального университета и автор исследования. "Это также позволяет передавать информацию в квантовую память, не раскрывая и не разрушая сохраненную квантовую информацию."
Недоступное пространство в данном случае состояло из атомов углерода в алмазе.
Алмаз, состоящий из связанных, но содержащихся по отдельности атомов углерода, содержит идеальные ингредиенты для квантовой телепортации.
Атом углерода содержит шесть протонов и шесть нейтронов в своем ядре, окруженный шестью вращающимися электронами. Когда атомы соединяются в алмаз, они образуют печально известную прочную решетку. Однако алмазы могут иметь сложные дефекты, когда атом азота существует в одной из двух соседних вакансий, где атомы углерода должны быть.
Этот дефект называется азотно-вакансионным центром.
Структура ядра атома азота, окруженная атомами углерода, создает то, что Косака называет наномагнетиком.
Чтобы управлять электроном и изотопом углерода в вакансии, Косака и его команда прикрепили к поверхности алмаза провод шириной примерно в четверть человеческого волоса.
Они применили к проводу микроволновую печь и радиоволны, чтобы создать осциллирующее магнитное поле вокруг алмаза. Они сформировали микроволновую печь, чтобы создать оптимальные контролируемые условия для передачи квантовой информации внутри алмаза.
Косака затем использовал азотный наномагнит, чтобы закрепить электрон.
Используя микроволновую печь и радиоволны, Косака заставил спин электрона переплетаться со спином ядра углерода – угловым моментом электрона и ядра атома углерода. Спин электрона разрушается под действием магнитного поля, созданного наномагнетиком, что позволяет ему стать восприимчивым к запутыванию.
Как только две части переплетаются, то есть их физические характеристики настолько взаимосвязаны, что их нельзя описать по отдельности, применяется фотон, который содержит квантовую информацию, и электрон поглощает фотон. Поглощение позволяет передать состояние поляризации фотона в углерод, который опосредуется запутанным электроном, демонстрируя телепортацию информации на квантовом уровне.
«Успешное хранение фотонов в другом узле устанавливает запутанность между двумя соседними узлами», – сказал Косака. Этот процесс, называемый квантовыми повторителями, может принимать отдельные порции информации от узла к узлу через квантовое поле.
«Наша конечная цель – реализовать масштабируемые квантовые повторители для квантовых коммуникаций на большие расстояния и распределенные квантовые компьютеры для крупномасштабных квантовых вычислений и метрологии», – сказал Косака.