Оптические компьютеры могут использовать телепортацию частиц

Оптические эксперименты – одни из самых сложных и дорогих в современной физике. Фото Андрея Ваганова

Когда-то Ньютон вел знаменитый спор с Лейбницем, доказывая, что свет – не волны, а частицы. Спор вроде бы разрешил в 1809 году соотечественник автора «Начал» глазной врач Томас Юнг, открывший явление интерференции, которая возможна только для волн. Но окончательно «закрыл» этот спор Эйнштейн, доказывавший корпускулярную природу света. Сегодня мы знаем о наличии суперпозиции, то есть что частица света фотон имеет волновую природу, представляя собой «волновой пакет».

Эрвин Шредингер в пику квантовым «энтузиастам» придумал мысленный эксперимент с суперпозицией двух состояний кошки, которая сидит, ни жива ни мертва, в ящике. Из этого «противостояния» выросла концепция энтанглемента (entanglement – связанности-перепутанности) двух частиц, квантовые состояния которых оказываются одинаковыми даже при удалении их на большие расстояния. Благодаря лазерам эксперименты в этой области стали возможными около 15 лет назад. И все было бы хорошо, если бы только на выходе ученые не получали всего 20% «урожая», да и то весьма непредсказуемо.

Неудивительно поэтому, что такой интерес вызвали два сообщения о телепортации фотонов, помещенные в журнале Nature, одно из которых пришло из Токийского университета, специалистам которого помогал теоретик Питер ванн Лоок из университета города Майнца. Последний несколько лет назад выдвинул идею «детерминистической» – строго определенной – телепортации фотонных квантовых битов (кубитов) с помощью так называемого гибридного метода. Лоок предложил использовать не два, а много плохо связанных фотонов, что, как ни странно, привело в Токио к прекрасному результату (79–82% сохранения сигнала на выходе)!

Объясняя суть своего гибридного подхода, Лоок сказал, что впервые «два разделенных мира – дискретный и континуально-аналоговый – стали сходиться». В своем комментарии редактор Nature отметил, что телепортация является базой для развития переработки квантовой информации, но раньше она была случайной и малопредсказуемой. Новый детерминистический подход, осуществленный в Токио, кажется сегодня оптимальным для передачи информационного трафика в оптических сетях.

Однако коллеги японцев в Техническом университете Цюриха и Квинслендском университете Брисбена доказали, что и старый двухфотонный подход не исчерпал всех своих возможностей. Просто он требует сверхпроводящих электронных цепей. Новый чип, созданный исследователями, как раз и работает на этих принципах. С его помощью им удалось осуществить телепортацию между двумя макросистемами, разделенными расстоянием 6 мм (по 10 тыс. кубитов в сек.) и при этом с низкими потерями передачи.

Буквально на следующий день Science вышел со статьей исследователей из Гарварда, Массачусетского технологического института и Технического университета Вены, в которой описывается полностью оптический переключатель и транзистор, работающий на одном-единственном «запасенном», или сохраненном фотоне. «База» (gate) с таким фотоном может контролировать источник-эмиттер лазерного луча (его сотни фотонов), что является давнишней мечтой создателей оптических компьютеров, быстродействие которых будет сопоставимо со скоростью света и которые не будут греться в силу ничтожного взаимодействия фотонных потоков.

Авторы выражали надежду, что при улучшении полученных ими характеристик – хранение и эффективность извлечения – такого рода чипы найдут самое широкое применение, включая и детерминистический мультифотонный энтанглемент.