Квантовая телепортация впервые была описана в теории в 1993 году группой физиков, работающих под руководством Чарльза Бенетта (Charles Bennett). Идея заключалсь в том, что атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии при условии, что они "запутаны" на квантовом уровне. Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого невозможно прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую "телепортацию" нельзя использовать для передачи данных на астрономические расстояния.
До недавнего времени считалось, что подобная телепортация возможна только в одну сторону. Однако группа физиков под руководством Алексея Фёдорова из Российского квантового центра в Москве показала, что на самом деле этот процесс может иметь двусторонний характер. Более того, участники процесса телепортации могут передавать состояния своих квантовых битов (кубитов) друг другу, используя те же ресурсы, что и в стандартной процедуре квантовой телепортации, отмечается в пресс-релизе.
Отправителя и получателя в квантовой коммуникации называют, соответственно, Алиса и Боб. Эти два вымышленных персонажа обладают двумя частицами, "запутанными" между собой на квантовом уровне. В стандартной процедуре Алиса проводит измерение состояния "запутанной" частицы и по классическому каналу связи передаёт эту информацию Бобу. Измерение Алисы изменяет состояние частицы из "запутанной" пары на стороне Боба. Но Боб может реконструировать исходное неизвестное квантовое состояние частицы на своей стороне, используя в том числе результаты измерения, полученные от Алисы по классическому каналу связи.
"В рамках нашего подхода мы предложили некоторые модификации этого протокола: теперь Алиса и Боб действуют более симметрично и нежно", – поясняет Фёдоров.
"Нежность" заключается в том, что каждая из сторон выполняет "мягкие" измерения своих частиц с состояниями, которые они хотят передать друг другу и частицами из "запутанной" пары. Такой тип измерений не обладает высокой точностью, но позволяет сохранить запутанность для двусторонней передачи и получения квантовой информации. Передача квантовых состояний в этом случае становится неидеальной, и на выходе могут быть получены только "зашумленные" версии состояний.
"Используя двойственность между квантовыми состояниями и каналами (известную как изоморфизм Чоя-Ямиолковского) мы показали, что такое обобщение стандартного протокола демонстрирует интересную взаимосвязь между квантовой запутанностью и классической коммуникацией, раскрывая потенциальные возможности запутанных состояний для неидеальной передачи квантовых состояний", – рассказал Фёдоров РИА Новости.
Учёные полагают, что их открытие будет интересно с практической точки зрения (например, улучшения работы систем квантовой связи и шифрования), а также изменит в будущем теорию фундаментальной физики.
Научная статья исследователей опубликована в журнале Physical Review A.
