При телепортации состояние квантовой частицы или кубита переносится из одного места в другое без отправки самой частицы. Для этой передачи требуются квантовые ресурсы, такие как запутанность между дополнительной парой кубитов. В идеальном случае перенос и телепортация состояния частицы могут быть осуществлены идеально. Однако реальные системы уязвимы к шуму и помехам, а это снижает и ограничивает качество телепортации.

Исследователи из Университета Турку и Университета науки и технологий Китая предложили теоретическую идею и провели соответствующие эксперименты для решения этой проблемы. Другими словами, новый подход позволяет добиться качественной телепортации, несмотря на наличие шума.

"Работа основана на идее распределения запутанности — до запуска протокола телепортации — за пределами используемых кубитов. То есть на использовании гибридной запутанности между различными физическими степенями свободы", — говорит профессор Юрки Пийло из Университета Турку.

Традиционно для запутывания кубитов при телепортации использовалась поляризация фотонов. Нынешний подход использует гибридную запутанность между поляризацией и частотой фотонов.

"Это позволяет существенно изменить то, как шум влияет на протокол, и, по сути, наше открытие меняет роль шума с вредной на полезную для телепортации", — описывает Пийло.

При обычной запутанности кубитов, наличие шума мешает протоколу телепортации. В случае, когда изначально присутствует гибридная запутанность и нет шума, телепортация тоже не работает.

"Однако, когда мы имеем гибридную запутанность и добавляем шум, телепортация и передача квантового состояния происходят почти идеально", — говорит Олли Силтанен, чья докторская диссертация представляет теоретическую часть данного исследования.

"Хотя в нашей лаборатории мы провели множество экспериментов по различным аспектам квантовой физики с фотонами, было очень волнительно и приятно видеть, что этот сложный эксперимент по телепортации был успешно завершен", — говорит Чжао-Ди Лю из Университета науки и технологий США. Китай, Хэфэй.

Телепортация имеет важные приложения, например, при передаче квантовой информации, и крайне важно иметь подходы, которые защищают процесс от шума и могут быть использованы для других целей. Результаты текущего исследования можно рассматривать как фундаментальное исследование, которое имеет важное значение и открывает интригующие пути для будущей работы по расширению подхода к общим типам источников шума и другим квантовым протоколам.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.