Teleportaatio on ollut osa useiden tieteiskirjallisuuden teosten juonta, mutta nyt tutkijat ovat ottaneet uuden harppauksen idean tuomiseksi eloon tosielämässä. Illinoisin yliopiston tutkimuksessa tutkijoiden onnistui tehdä huomattavia parannuksia kvantti-informaation siirrossa yksittäisillä valohiukkasilla eli fotoneilla.
Läpimurtotutkimus tarkoittaa, että teleportaatiosta voisi jonain päivänä tulla osa todellisia viestintäverkkoja. Se avaa oven tulevaisuuteen, jossa informaatiota voidaan siirtää tavalla, jota on aiemmin pidetty mahdottomana, tutkijat kuvailevat.
Epälineaarinen optiikka tarkoittaa alaa, jossa tutkitaan valon käyttäytymistä materiaaleissa, joiden optiset ominaisuudet muuttuvat valon intensiteetin mukaan. Tämä poikkeaa tavallisesta, lineaarisesta optiikasta, jossa materiaalin vaste valoon oletetaan olevan vakio.
Tutkimuksessa Illinoisin yliopiston tutkijat rakensivat epälineaarisen optisen järjestelmän, jonka havaittiin parantavan merkittävästi kvanttiviestinnän tehokkuutta. Järjestelmä toimi jopa yksittäisillä valohiukkasilla, mihin aiemmin ei ole pystytty. Läpimurto tuo dramaattisia parannuksia kvanttiviestinnän tarkkuudessa ja tehokkuudessa.
– Epälineaarinen järjestelmämme lähettää kvantti-informaatiota 94 prosentin tarkkuudella, kun lineaarisia optisia komponentteja käyttävien järjestelmien teoreettinen raja on 33 prosenttia, sähkö- ja tietokonetekniikan professori Kejie Fang sanoo tutkimuksessa.
– Pelkästään tämä osoittaa kvanttiviestinnän tehokkuuden epälineaarista optiikkaa käyttämällä. Suurin ratkaistava ongelma on tehokkuus. Käyttämällä nanofotonista alustaa tehokkuus kasvoi riittävästi osoittaaksemme, että teknologia on lupaavaa, Fang jatkaa.
Tutkimus on julkaistu Physical Review Letters -julkaisussa. Tutkimus on vertaisarvioitu.
Tutkimuksessa tutkijat siirsivät kvantti-informaatiota lähettäjän ja vastaanottajan välillä ilman, että sitä siirrettiin tietoliikennekanavan kautta. Siinä hyödynnettiin kvanttilomittumisen ilmiötä, jossa yksittäiset fotonit vaikuttavat toisiinsa, vaikka niillä ei olisi ilmeistä yhteyttä toisiinsa. Yksinkertaistettuna kyse on siis informaation teleportaatiosta.
Kvanttiteleportaation suorituskykyä rajoittaa se, että fotonien lomittuminen muodostuu epätäydellisessä prosessissa, joka on altis virheille. Suurin haittapuoli, että siirtojen onnistumissuhde on ollut tehottoman alhainen.
Kvanttiteleportaatiossa on aiemmin onnistuttu kaukosiirtämään kvanttitiloja atomista toiseen. Epälineaarisella optiikalla tutkijoiden onnistui nyt lieventää fotonien aiheuttamaa kohinaa, mikä teki siirrosta tehokkaampaa.
– Aiemmin paras saavutettu tulos on ollut yksi sadasta miljoonasta. Nyt se on yksi kymmenestätuhannesta nanofotonisen alustan avulla, eli saavutuksemme on 10 000-kertainen kasvu konversiotehokkuudessa, Fang sanoo.
Tutkijat ovat luottavaisia, että epälineaarisilla järjestelmillä kvanttiteleportaatiota voidaan tehostaa entisestään.
