Учени успешно прехвърлиха и провериха квантова информация от лазерна светлина до електрон, хванат в квантова точка. Тяхната работа е основна стъпка към реализиране на устойчиви на хакерски взаимосвързани квантови компютри.
Изследователски екип, ръководен от университета в Осака, демонстрира как информацията, кодирана в кръговата поляризация на лазерен лъч, може да бъде пренесена в състоянието на спина на електрон в квантова точка. Постижението представлява основна стъпка към "квантовия интернет", в който бъдещите компютри могат бързо и сигурно да изпращат и получават квантова информация.
Квантовите компютри ще превъзхождат значително сегашните системи, защото работят по коренно различен начин. Вместо да обработва дискретни единици и нули, квантовата информация, независимо дали се съхранява в електронния спин или се предава от лазерни фотони, може да бъде в суперпозиция на множество състояния едновременно. Освен това състоянията на два или повече обекта могат да се заплитат, така че състоянието на единия не може да бъде напълно описано без това на другия. Работата със заплетени състояния позволява на квантовите компютри да изчислят много възможности едновременно, както и да предават информация от място на място, напълно недостижими за подслушване.
Тези заплетени състояния обаче могат да бъдат много крехки, да продължат само микросекунди, преди да се разпадне заплитането. За да се осъществи квантовият интернет, при който кохерентните светлинни сигнали могат да препредават квантова информация, тези сигнали трябва да могат да взаимодействат със спина на електроните в отдалечени компютри.
Изследователи, ръководени от университета в Осака, използвали лазерна светлина, за да изпратят квантова информация до квантова точка, като променят състоянието на спина на един затворен там електрон. Макар електроните да не се въртят в обичайния смисъл, те имат ъглов импулс, който може да се обърне, когато погълне кръгово поляризирана лазерна светлина.
"Важното е, че това действие ни позволи да прочетем състоянието на електрона след прилагането на лазерната светлина, за да потвърдим, че спинът му е в правилното състояние", казва първият автор Такафуми Фуджита. "Нашият метод за отчитане използва принципа на изключване на Паули, който забранява на два електрона да заемат точно същото състояние. На малката квантова точка има достатъчно място за преминаване на електрон, така наречената спинова блокада на Паули, само ако има правилния спин."
Квантовият трансфер на информация вече е използван за криптографски цели. "Прехвърлянето на състояния на суперпозиция или заплетени състояния позволява напълно сигурна дистрибуция на квантовите ключове", казва старши автор Акира Ойва. "Това е така, защото всеки опит за прихващане на сигнала автоматично унищожава суперпозицията, което прави невъзможно слушането, без да бъде открито."
Бързата оптична манипулация на отделните спинове е обещаващ метод за създаване на квантова изчислителна платформа в наномащаб. Вълнуваща възможност е бъдещите компютри да могат да използват този метод за много други приложения, включително оптимизация и химически симулации.
Работата е публикувана в Nature Communications: DOI: 10.1038 / s41467-019-10939-х.
