Физики из Университета Рочестера и Университета Пердью (США) исследовали новые методы создания квантовых взаимодействий между отдельными электронами. Результаты их работы откроют новые пути развития технологии квантовых компьютеров, которые, в свою очередь, позволят совершить прорыв в медицине, науке и технике, рассказывает Phys.org.

Квантовая телепортация — демонстрация действия принципа квантового запутывания, свойства одной частицы воздействовать на свойства другой, пусть даже находящейся на большом расстоянии от первой. Этот феномен имеет большое значение для передачи информации в вычислительной технике. Тогда как классический компьютер состоит из миллиардов транзисторов, квантовый кодирует информацию в кубитах, квантовых единицах данных, которые могут принимать значения нуля и единицы одновременно. Способность кубитов иметь несколько состояний единовременно и закладывает основу квантовых компьютеров.

В прошлом ученые уже добивались квантовой телепортации с помощью электромагнитных фотонов для создания запутанных пар кубитов, находящихся на расстоянии друг от друга. Но есть и другой потенциальный метод передачи информации — кубиты на основе отдельных электронов.

«Отдельные электроны — многообещающий тип кубитов, потому что они легко взаимодействуют друг с другом, а кубиты из отдельных электронов в полупроводниках можно наращивать, — пояснил Джон Николь, один из исследователей. — Надежный метод удаленных взаимодействий электронов очень важен для квантовых вычислений».

Продемонстрировать такую возможность ученым позволила недавно открытая техника на базе принципов обменного взаимодействия Гейзенберга. Отдельный электрон похож на стержневой магнит с северным и южным полюсом, которые могут указывать вверх или вниз. Направление полюса — например, направлен ли северный полюс вверх или вниз — известно как магнитный момент электрона или состояние квантового вращения. Если частицы определенного типа имеют одинаковый магнитный момент, они не могут быть в одном и том же месте одновременно.

Использовав этот принцип, ученые распределили спутанные пары электронов и телепортировали их магнитный момент. «Мы доказали возможность „спутанного обмена“, при котором мы создали запутанность между двумя электронами, даже несмотря на то, что эти частицы никогда не взаимодействовали друг с другом. И показали „квантовую телепортацию“, потенциально полезную технику для квантовых компьютеров, — заявил Николь. — И этого можно добиться даже без фотонов».

Результаты эксперимента открывают дорогу для будущих исследований квантовой телепортации с участием спиновых состояний всей материи, а не только фотонов.

Команда физиков из Австрии продемонстрировала новый тип технологии обнаружения — микроволновое квантовое освещение, работающее на спутанных микроволновых фотонах. Их прототип способен находить объекты в условиях, когда классические радары отказывают.