Koncept kvantne teleportacijo zapletenosti simbolizira razliko med klasično in kvantno fiziko. V bistvu je nemogoče opisati fiziko vsakega fotona posebej, zato ta ključna značilnost kvantne mehanike nasprotuje klasičnemu pojmovanju, da mora imeti vsaka delica svojo lastno realnost. Razumevanje potenciala tega koncepta je pomembno za uresničevanje novih zmogljivih kvantnih tehnologij.
Razvoj takšnih tehnologij bo zahteval sposobnost prostega ustvarjanja večfotonovega kvantnega zapletenega stanja in nato učinkovitega določanja, katero zapleteno stanje je prisotno. Vendar pa pri izvajanju običajne kvantne tomografije, metode, ki se pogosto uporablja za oceno stanja, število potrebnih meritev eksponentno narašča s številom fotonov, kar predstavlja resen problem zbiranja podatkov.
Če je to mogoče, lahko zapletena meritev identificira zapleteno stanje z enim samim pristopom teleportacijo.
Takšna meritev za zapleteno kvantno stanje Greenberger-Horn-Zeilinger (GHZ) je bila izvedena, vendar za stanje W, drugo tipično zapleteno večfotonno stanje, ni bila niti predlagana niti eksperimentalno odkrita.
To je spodbudilo skupino raziskovalcev z Univerze v Kjotu in Univerze v Hirošimi, da so sprejeli ta izziv in na koncu uspešno razvili novo metodo zapletenega merjenja za identifikacijo stanja W.
„Več kot 25 let po prvotnem predlogu za kvantno prepleteno merjenje za stanja GHZ smo končno dobili kvantno prepleteno merjenje tudi za stanje W, s pristno eksperimentalno demonstracijo za 3-fotonova stanja W,“ pravi soavtor članka Shigeki Takeuchi.
Ekipa se je osredotočila na lastnosti ciklične simetrije stanja W in teoretično predlagala metodo za ustvarjanje zapletenega merjenja z uporabo fotonskega kvantnega kroga, ki izvaja kvantno Fourierovo transformacijo za stanje W poljubnega števila fotonov.
Ustvarili so napravo za demonstracijo predlagane metode za tri fotone z uporabo visoko stabilnih optičnih kvantnih vezij, kar je omogočilo stabilno delovanje naprave brez aktivnega upravljanja v daljšem časovnem obdobju. Z vnosom treh posameznih fotonov v ustreznih polarizacijskih stanjih v napravo je ekipa lahko prikazala, da naprava lahko razlikuje med različnimi tipi trifotonovih stanj W, od katerih vsako ustreza določeni neklasični korelaciji med tremi vhodnimi fotoni. Raziskovalci so lahko ocenili natančnost zapletenega merjenja, ki je enaka verjetnosti pridobitve pravega rezultata za čisto vhodno stanje W teleportacijo.
Ta dosežek odpira pot do kvantne teleportacije ali prenosa kvantne informacije. Prav tako lahko privede do pojava novih protokolov kvantne komunikacije, prenosa večfotonov kvantnih zapletenih stanj in novih metod kvantnega računanja na podlagi meritev teleportacijo.
„Za pospešitev raziskav in razvoja na področju kvantnih tehnologij je izredno pomembno, da poglobimo naše razumevanje osnovnih konceptov, da bi prišli do inovativnih idej,“ pravi Takeuti.
