Постигната е "невъзможна" квантова телепортация, използвайки съществуващия интернет

Германски изследователи успешно са телепортирали информация между две отделни устройства, без тя физически да пътува през пространството, използвайки странната физика на квантовото вплитане.

Това е важно постижение, защото са преобразували светлината във дължини на вълните, които работят с обикновени интернет кабели, което означава, че тази технология евентуално би могла да използва съществуващата оптична инфраструктура, вместо да изисква изцяло нови системи.

Телепортацията е работила с точност от 72%, което е доста над минимума от 67%, необходим за доказване на истинската квантова активност, а не просто нормален трансфер на данни. Получавало се е успешно само няколко пъти на час и то при температури от -267°C, така че не очаквайте квантов интернет утре. Но това доказва, че концепцията работи с практична, технологично приложима технология.

Квантовата телепортация се е преместила от научнофантастичното фентъзи в лабораторна реалност. В един важен експеримент, изследователите са постигнали нещо, което звучи невъзможно. Те успешно са изпратили информация между две отделни устройства, излъчващи светлина, като са телепортирали квантовото състояние на светлината, вместо да изпращат обикновен сигнал през оптичното влакно. Това постижение е станало възможно благодарение на странното явление, известно като квантово вплитане.

За разлика от транспортерите на материя от "Стар Трек", квантовата телепортация не премества физически обекти. Вместо това, тя е по-скоро като сканиране на документ толкова перфектно, че сканираното копие се превръща в оригинала, докато хартиеното копие автоматично се саморазрушава. Информацията се прехвърля на ново място и оригиналът изчезва в процеса.

Екип физици от няколко университета в Германия осъществяват квантова телепортация, използвайки малки полупроводникови устройства, наречени квантови точки. Публикувана в Nature Communications , тяхната работа постига успех от 72,1%, което е доста над минимума от 66,7%, необходим за доказване, че информацията действително е телепортирана, а не просто е предадена по нормален начин.

Пробивът използва съществуващите интернет кабели

По-ранни опити за квантова телепортация са използвали светлина, която не се разпространява добре през оптични кабели. Фотоните биха се абсорбирали или разсейвали дори след кратко разстояние, което прави предаването на дълги разстояния непрактично.

Този нов подход преобразува светлината във дължина на вълната от 1515 нанометра, което е идеално за оптичните кабели, които вече свързват интернет. При тази дължина на вълната светлината почти не губи сила, дори след като измине много километри. Това, което работи в лаборатория на разстояние от няколко метра, би могло да работи в цели градове без големи промени.

Две устройства, наречени честотни преобразуватели, променят естествения цвят на светлината към дължината на вълната, подходяща за интернет. Преобразувателите работят като преводачи, променяйки дължината на вълната, като същевременно запазват квантовата информация непокътната.

Физици от изследователски групи в университетите в Щутгарт, Саарбрюкен и Дрезден, провеждащи експеримент върху квантова телепортация (отляво надясно: Тобиас Бауер, Марлон Шефер, Каспар Хопфман, Стефан Казмайер, Тим Щробел и Симоне Лука Порталупи). Кредит: Julian Maisch

Две отделни устройства, работещи заедно

Използването на два независими източника на светлина прави този експеримент забележителен. Повечето предишни демонстрации разчитаха на едно устройство, генериращо цялата светлина. Тук изследователите използват две квантови точки в отделни ултрастудени камери, всяка от които работи независимо.

Една квантова точка генерира единична частица светлина, носеща информацията за телепортиране. Другата квантова точка произвежда двойки вплетени светлинни частици, които осигуряват квантовата връзка, необходима за телепортация. Осигуряването на съвместната работа на тези две независими устройства изисква решаването на сложен проблем: всяко от тях естествено произвежда светлина с малко по-различна дължина на вълната.

Честотните преобразуватели поправят това несъответствие, правейки светлината от двете устройства достатъчно сходна, за да могат да взаимодействат. Когато светлинните частици станат толкова сходни, възниква квантова интерференция, позволяваща на процеса на телепортация да заработи.

Как работи телепортацията

Процесът се основава на квантово вплитане, което Айнщайн нарича "призрачно действие на разстояние". Когато две светлинни частици са вплетени, те остават мистериозно свързани, независимо колко са далеч една от друга. Измерването на едната мигновено влияе върху другата.

Изследователите започват с една светлинна частица, подготвена в специфично състояние. След това те извършиват специално измерване, комбинирайки тази частица с едната половина от вплетена двойка. Когато това измерване работи, се случва нещо забележително: състоянието на оригиналната частица мигновено се прехвърля към другата половина на вплетената двойка, дори ако тази частица е далеч. Състоянието на оригиналната частица се разрушава, докато отдалечената частица се превръща в точно копие.

В много кратък времеви прозорец, телепортацията е работила с точност от 72,1%. Всичко над 66,7% доказва, че е станала истинска квантова телепортация, а не просто нормален трансфер на информация.

Технологията зад кулисите

За осъществяването на тази работа са необходими няколко хитри техники. Квантовите точки са малки структури, отгледани в полупроводникови материали. Всяка от тях е поставена в прецизно проектирана камера с огледала, за да улавя колкото е възможно повече светлина.

Изследователите са използвали мощни лазерни импулси, за да заредят квантовите точки с енергия, принуждавайки ги да излъчват светлинни частици в определена последователност. Шест ултрачувствителни детектора са уловили телепортираните светлинни частици с 85% точност. Тези детектори работят при изключително ниски температури, където фоновият шум почти изчезва, което им позволява да регистрират дори единични частици светлина.

Изследователите идентифицират няколко фактора, които възпрепятстват производителността: светлинните частици не са били достатъчно идентични, синхронизацията между двете устройства не е била перфектна и процесът на преобразуване е добавял известен шум.

Компютърните модели показват, че с перфектно оборудване, процентът на успех може да достигне 85% или дори 99%. Пътят напред включва създаване на квантови точки, които произвеждат по-идентична светлина, ускоряване на определени процеси и намаляване на шума по време на преобразуване на дължината на вълната.

Изследователите се фокусирали върху събития, случващи се в рамките на изключително кратък времеви прозорец, за да филтрират несъвършените опити. Тази времева селективност била необходима за постигане на успешна телепортация, въпреки че означавала, че успешните събития се случвали само няколко пъти на час.

Изграждане на квантовия интернет

Квантовата телепортация ще бъде от съществено значение за бъдещите квантови комуникационни мрежи. Мрежовите възли ще трябва да извършват тази операция рутинно, премествайки квантова информация между устройства за съхранение, процесори и комуникационни канали.

Полупроводникови платформи като демонстрираната тук изглеждат обещаващи за изграждането на реални продукти. Квантовите точки могат да бъдат произведени с помощта на съществуващи техники за производство на чипове, което потенциално ще позволи масово производство. Те работят при поискване, генерирайки светлинни частици, когато се задействат, а не произволно.

Тобиас Бауер (вляво) и Марлон Шефер (вдясно) от университета в Саарланд и Тим Щробел (в центъра) от университета в Щутгарт се подготвят за експеримент с мобилни квантови честотни преобразуватели. Кредит: Julian Maisch

Последните постижения в технологията на квантовите точки значително подобряват времето, през което те могат да съхраняват квантова информация. В крайна сметка тези системи биха могли да съхраняват квантови данни като памет, която след това би могла да се свърже с процеса на телепортация, демонстриран тук. Това би позволило на квантовите процесори в различни градове да работят заедно по един и същ проблем.

Няколко препятствия остават, преди това да се превърне в ежедневна технология. Експериментите изискват изключително ниски температури (около -267°C) и лазерни системи, нуждаещи се от постоянна настройка.

Изграждането на практични мрежи ще изисква по-надеждни устройства, които работят извън специализирани лаборатории. Системите за преобразуване на дължините на вълните, макар и ефективни, добавят сложност и разходи.

Дори при дължини на вълните, подходящи за интернет, светлинните частици в крайна сметка се губят на много големи разстояния. Изграждането на релейни станции за разширяване на квантовата комуникация през континентите ще изисква комбиниране на телепортация с техники за квантово съхранение и коригиране на грешки.

Квантова телепортация в реалния свят

Въпреки тези трудности, технологията предлага вълнуващ път напред. Предишни експерименти, използващи квантови точки, са работили на дължини на вълните, неподходящи за дълги разстояния. Преобразуването в интернет дължини на вълните, като същевременно се запазва квантовата връзка, показва, че могат да работят успешно множество технологии.

Други изследователски групи търсят различни пътища към квантовите мрежи, използвайки атоми, диамантени дефекти или други източници на светлина. Всеки подход има своите компромиси. Полупроводниковите квантови точки показват силен потенциал за производство, защото се основават на десетилетия опит в производството на чипове.

Следващите стъпки включват по-идентично излъчване на светлина от различни устройства, интегриране на квантови точки в специални камери за улавяне на повече светлина и разширяване на квантовите връзки през множество мрежови връзки. Преминаването на тази технология от контролирани лаборатории към реална употреба изисква устройствата да бъдат по-стабилни, автоматизирани и компактни. Тестването в реално разположени оптични мрежи би доказало, че технологията работи в реални условия.

Този експеримент показва, че отделни устройства, излъчващи светлина, могат да споделят квантова информация чрез телепортация на дължини на вълните, съвместими с интернет инфраструктурата. Въпреки че остават предизвикателства, съществува основа за изграждане на квантови мрежи, които съчетават авангардна физика със съществуващите телекомуникационни системи. Квантовият интернет се приближава до реалността с всеки пробив.

Справка: Strobel, T., Vyvlecka, M., Neureuther, I. et al. Telecom-wavelength quantum teleportation using frequency-converted photons from remote quantum dots. Nat Commun 16, 10027 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65912-8 

Източник: Physicists Pull Off ‘Impossible’ Quantum Teleportation Using Existing Internet Technology, StudyFinds Analysis

Още по темата

31/10/2025

Физика

Няма пространство, няма време, няма частици: Радикална визия за квантовата реалност

15/08/2025

Космос

Свръхстудени атоми не се поддават на ентропията и отказват да се нагряват

07/07/2025

Физика

Квантов еквивалент на 2-ия закон на термодинамиката е открит за манипулация на вплитането

11/03/2025

Физика

AI помогна на физиците да открият по-прост начин за постигане на квантово вплитане