3D kvantová teleportace. Kredit: ÖAW/Harald Ritsch.

Tým rakouských a čínských kvantových fyziků zaznamenal významný průlom. Jako první na světě teleportovali trojrozměrné kvantové stavy. Zní to ezotericky, ale taková vícerozměrná kvantová teleportace by mohla hrát významnou roli v konstrukci budoucích kvantových počítačů.

Manuel Erhard. Kredit: IQOQI Vienna.

Badatelé rakouské Österreichische Akademie der Wissenschaften a Universität Wien, společně s odborníky čínské University of Science and Technology of China experimentálně zvládli to, co bylo doposud považováno jen za teoretickou možnost. Teleportovali vícerozměrné kvantové stavy. Jejich výzkum publikoval časopis Physical Review Letters.

Badatelé teleportovali kvantový stav jednoho fotonu na druhý, vzdálený foton. Až doposud se tímto způsobem fyzici teleportovali pouze qubity, které mohou nabývat pouze hodnot 0 a 1 a všeho mezi nimi. Teď se ale povedlo teleportovat kvantový stav o třech úrovních, označovaný jako qutrit. Ten může nabývat hodnot 0, 1, 2 a všeho mezi tím.

Institute for Quantum Optics and Quantum Information, logo.

Fyzici od devadesátých let věděli, že vícerozměrná kvantová komunikace je teoreticky možná. Jak ale říká Manuel Erhard z výzkumného týmu, nejprve bylo nutné navrhnout experimentální design a vyvinout nezbytnou technologii. V takovém experimentu je teleportován kvantový stav, který je zakódovaný v podobě možných cest, jimiž se může vydat foton. Jako by to byla tři optická vlákna, jimiž může foton letět. Protože jde o kvantovou mechaniku, mohl by klidně letět všemi třemi těmito optickými vlákny zároveň. Samotný experiment pak spočíval v prohánění fotonů experimentálním zařízením a v jejich vzájemné interferenci. Erhard zdůrazňuje, že jejich experiment není omezený na trojrozměrné kvantové stavy a může být v principu rozšířen na jakýkoliv počet rozměrů kvantového stavu.

Zároveň nejde jenom o samoúčelné kvantové hrátky. Teleportace qutritu by mohla vést k praktickým aplikacím, například v plánovaném budoucím kvantovém internetu. Jde o to, že vícerozměrné kvantové systémy, jako je třeba qutrit, mohou přenášet větší objem informace nežli qubit. Kvantovými sítěmi by v takovém případě mohlo proudit více dat. Kvantoví fyzici teď hodlají využít získané zkušenosti k teleportaci kompletního kvantového stavu fotonu nebo i atomu.

Literatura
Phys.org 23. 8. 2019, Physical Review Letters 123: 070505.