A kvantumteleportáció lényege, hogy egy részecske kvantumállapotát átvisszük egy távoli pontra anélkül, hogy a részecskét magát fizikailag mozgatnánk. Bár ez az elv már régóta ismert és korábban is demonstrálták, a legtöbb eddigi kísérlet frekvenciakonverziót használt arra, hogy a kvantumbiteket a száloptikás rendszerek által használt telekommunikációs hullámhosszakra hangolja. Ezzel szemben a Physical Review Letters folyóiratban most megjelent tanulmány már natívan, azaz közvetlenül a telekommunikációs sávban valósította meg a kvantumteleportációt.

„A kvantumteleportáció mindig lenyűgöző jelenség, hiszen lehetővé teszi a kvantumállapotok átvitelét anélkül, hogy azok felfedésre kerülnének” – mondta Ma Hsziao-szung, a kutatás vezetője. „Ahhoz azonban, hogy nagyobb távolságokra tudjuk továbbítani az információt, kulcsfontosságúvá válik a kvantummemória.”

A kutatócsoport célja egy erbiumion-alapú szilárdtest kvantummemória beépítése volt a teleportációs rendszerbe. Ezek a memóriák képesek ideiglenesen tárolni a kvantuminformációt, ami lehetővé teszi annak nagy távolságokra történő továbbítását úgy, hogy a hálózatot kezelhető szakaszokra bontják, és azokat úgynevezett kvantumismétlők segítségével kapcsolják össze. A kvantumismétlők elengedhetetlenek a hosszú távú kvantumkommunikációhoz. Az egyes szakaszok végén elhelyezett kvantummemóriák összekapcsolásával lépésről lépésre továbbítható az összefonódás, így az információ sokkal messzebbre is eljuthat, mint amire egyetlen lépésben képes lenne.

Ma elmagyarázta, hogy a kísérleti rendszer öt fő egységből áll: az állapot előkészítéséből, egy integrált fotonikus chipen működő összefonódott fotonforrásból, Bell-állapot mérésekből, egy kvantummemória-modulból, valamint egy frekvenciaszabályozó rendszerből, amely Fabry–Pérot rezonátort és a Pound–Drever–Hall zárolási technikát alkalmazza.

„Ez az első alkalom, hogy sikerült kvantumteleportációt megvalósítanunk telekommunikációs fotonokról egy erbium-alapú szilárdtest kvantummemóriába” – emelte ki Ma. „Ráadásul minden egyes komponens teljes mértékben kompatibilis a jelenlegi optikai szálas hálózatokkal.”

A kutatók most a kvantummemória teljesítményének javításán dolgoznak: a cél a hosszabb tárolási időtartam és a hatékonyság növelése. Az eredmények pedig egy elképesztő jövő alapzatát tehetik le: egy zökkenőmetnesen működő, robusztus kvantuminternetét, amely ráadásul a mai telekommunikációs infrastruktúrára épül.

(A cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay/SD-Pictures)