Квантовата телепортация е експериментално демонстрирана още през 1997 г. Тогава физици за първи път успяват да прехвърлят квантовото състояние на един фотон върху друг, без самият фотон да бъде физически пренесен.

Почти 30 години по-късно учените вече търсят отговор на следващия въпрос: какво количество квантова информация можем да прехвърляме едновременно? Нов експеримент от 2026 г. показва прехвърляне по 100 независимо управляеми пространствени канала.

Думата „телепортация“ обикновено свързваме с предмет, който изчезва от едно място и се появява на друго. В квантовата физика обаче не се телепортира материя. Телепортира се квантово състояние – или информацията, която описва определено квантово състояние на една система.

Именно това успяват да направят учени от East China Normal University в Шанхай. Експериментът е описан в списание Physical Review Letters. Учените демонстрират квантова телепортация по 100 независимо управляеми канала едновременно.

Какво означава квантова телепортация?

В квантовия свят една частица или светлинно поле може да има определено квантово състояние. То съдържа информация за свойствата на системата.

За целта на телепортацията са необходими предварително подготвени заплетени квантови системи – две системи, чиито квантови състояния са свързани по специфичен начин.

Условно можем да си представим, че изпращачът и получателят разполагат с две предварително заплетени квантови системи. Квантовото състояние, което трябва да бъде прехвърлено, се комбинира с едната от тях. След определено измерване резултатът се предава по обикновен, класически комуникационен канал, а получателят използва тази информация, за да възстанови същото квантово състояние върху своята система.

Така не се пренася микрочастица, а се прехвърля информацията за нейното квантово състояние.

Това е възможно благодарение на квантовото заплитане.

Но има важно ограничение: квантовата телепортация не позволява да изпращаме информация по-бързо от светлината.

Какво са телепортирали учените?

Учените са кодирали изображение на буквата Q в светлина. Изображението е представено чрез решетка от 10 × 10 пространствени светлинни канала – общо 100 отделно управляеми канала.

Всеки канал носи собствено квантово състояние. Когато тези 100 състояния бъдат прехвърлени и възстановени едновременно, накрая се получава същият светлинен модел  буквата Q.

Затова изображението е по-скоро визуална демонстрация на това как работят 100-те канала.

А най-същественото в експеримента е възможността квантова информация да бъде прехвърляна едновременно по 100 независими канала.

Защо са нужни 100 канала?

Една от големите задачи пред квантовите технологии е мащабирането.

Квантовата телепортация сама по себе си не е ново явление. Учени експериментират с нея от десетилетия.

Голямото предизвикателство пред квантовите технологии не е само да демонстрират, че квантовата телепортация работи. То е да бъде мащабирана – да се обработват все повече квантови състояния едновременно, без системата да става прекалено сложна.

В този експеримент учените използват 100 пространствено разделени и независимо управляеми канала, които могат да работят паралелно.

Това превръща експеримента от демонстрация на единичен квантов канал в архитектура, която показва как може да се увеличи капацитетът на бъдещи квантови системи.

Как учените разбират дали телепортацията е успешна?

Вярност на прехвърлянето, или т.н. fidelity, показва доколко възстановеното квантово състояние съответства на първоначалното. Стойност 1 би означавала идеално съвпадение.

Ако се опитаме да възстановим неизвестното квантово състояние само чрез измерване и класическо предаване на получената информация, без да използваме квантово заплитане, съществува фундаментална граница за средната точност на възстановяването.

Въпреки това и при квантовата информация измерването не позволява да се получи цялата информация без загуба. Можем да възстановим състоянието с определена точност, но засега не на 100%.

В този експеримент, при който се използва квантово заплитане, средното съответствие е около 60%, докато при класическия подход границата е около 52%.

За какво може да се използва в бъдеще?

Една от основните ѝ потенциални роли на квантовата телепортация е изграждането на квантови комуникационни мрежи.

Представете си бъдеща квантова комуникационна мрежа, в която квантови компютри, квантови сензори и други квантови устройства обменят квантова информация.

За подобна мрежа ще бъде важно да се прехвърлят не само отделни квантови състояния, а големи обеми квантова информация паралелно.

Именно тук е потенциалното значение на експеримента – той показва един възможен начин за увеличаване на броя на едновременно работещите квантови канали.

Това е причината тази стъпка на прехвърляне на информация по 100 паралелни квантови канала да е толкова съществена. Авторите на изследването смятат, че архитектурата може да им помогне като база за по-нататъшно разработване на процеси по паралелна обработка на много по-голям обем квантова информация.

Следващата стъпка на учените е да увеличат броя на каналите, включително чрез по-мощни лазери и по-добри усилватели.

Все още обаче не можем да говорим за бъдещия „квантов интернет“.

Стъпката е съществена, но един експеримент със 100 канала не означава, че вече разполагаме с работеща глобална квантова интернет мрежа.

Но експериментът е показателен пример за това как постепенно може да се премине от фундаменталните странности на квантовата физика към технологии, които някой ден може да имат практическо приложение.

От една странна идея към технология

Преди сто години принципите на квантовата физика са изглеждали далечни за практическите технологии.

Днес квантовите принципи се използват при лазери, транзистори и редица съвременни устройства. Те не биха съществували без разбирането ни за поведението на електроните и фотоните на квантово ниво.

А сега учените се опитват да използват не само резултатите от квантовата физика, а някои свойства на квантовите микрочастици – суперпозиция, заплитане и квантова информация – като инструмент.

Проведеният експеримент е малка, но интересна стъпка в тази посока.

Въпросът вече не е само: „Възможна ли е квантовата телепортация?“, а „Колко квантова информация можем да прехвърляме едновременно?“

Експериментът показва, че това вече може да се прави по 100 независимо управляеми канала паралелно.

Може би следващата голяма стъпка няма да бъде телепортирането на предмети.

А изграждането на нов начин, по който самите квантови устройства да разговарят помежду си.

 

 

Знаете ли, че:

Не се телепортира материя. При квантовата телепортация се прехвърля квантово състояние.

Заплитането не е достатъчно само по себе си. Необходим е и класически канал за предаване на информация.

100-те канала са пространствени. Те са подредени в решетка 10 × 10 и могат да се управляват независимо.

Буквата Q не е „телепортирана снимка“. Тя е визуална демонстрация на 100 светлинни канала, чиито квантови състояния са прехвърлени и възстановени едновременно.

 

Източници:

• Physical Review Letters
• Nature – Experimental quantum teleportation