Шёпот через тёплую трубу ✛ ✎
В криостате растворения, охлаждённом до 170 милликельвинов, рождается когерентное состояние микроволнового поля. Это лазерный свет с минимальной неопределённостью: его амплитуда и фаза определены настолько точно, насколько вообще позволяет квантовая механика. Задача — перенести это состояние в другой криостат, находящийся в шести с половиной метрах, не отправляя туда ни одного фотона. Так работает квантовая телепортация: перенос квантового состояния без переноса частицы.
В качестве канала связи выступает сверхпроводящий кабель из ниобий-титана. При температуре ниже 10 К он теряет всего 1 дБ на километр, то есть сигнал почти не затухает. Но главный сюрприз эксперимента — в середине кабеля установлен нагреватель. Когда его включают, температура поднимается до 4 К. По квантовым меркам это уже настоящая духовка: тепловые флуктуации способны разорвать хрупкую запутанность. И всё же телепортация продолжает работать.
Секрет в том, что потери в канале настолько малы, что тепловой шум не успевает разрушить квантовую корреляцию. Запутанность, измеряемая отрицательностью, остаётся положительной даже при 4 К. Точность телепортации при этом падает с 72,6% до 59,9%, но всё ещё превышает классический предел 1/2. Это означает, что никакая классическая стратегия не смогла бы достичь такого результата: квантовая природа процесса сохраняется.
Раньше считалось, что для распределённых квантовых вычислений каждый канал связи нужно охлаждать до милликельвинов. Теперь выясняется, что отдельные участки сети могут быть теплее, если потери в них достаточно низкие. Это снимает часть жёстких требований к криогенной инфраструктуре и делает распределённые сверхпроводниковые архитектуры более реалистичными. Вместо того чтобы строить один гигантский холодильник на миллион кубитов, можно соединять множество небольших криостатов тёплыми сверхпроводящими мостами.
Эксперимент напоминает шёпот через тёплую трубу: голос немного искажается, но слова всё равно различимы. Квантовая информация проходит сквозь тепловой шум, опираясь на запутанность как на невидимую нить. И эта нить, как показали физики, выдерживает гораздо больше, чем ожидалось.
Кабель из ниобий-титана имеет критическую температуру около 10 К, поэтому при 4 К он остаётся сверхпроводящим и почти не вносит потерь, хотя окружающая среда уже «горячая» по квантовым меркам.
Идея телепортации состояний по ненадёжному каналу напоминает «Звёздный путь», где информация передаётся через пространство, но здесь вместо демонтажа материи — перенос квантовой информации с помощью запутанности.