До недавнего времени ученые задействовали в экспериментах с квантовой телепортацией квантовые биты, называемые кубитами. Но недавно одной из научных групп удалось произвести квантовую телепортацию того, что можно назвать кутритом (qutrit), частицу информации, основанную на трех квантовых состояниях. Это открывает гораздо большие возможности для технологий квантовых вычислений и коммуникаций, ведь, благодаря этому будущие квантовые сети смогут обмениваться большими пакетами информации, что снижает вероятность возникновения ошибок.
Для того, чтобы понять, что такое кутрит, надо начать с азов. В классических вычислениях для хранения и передачи информации используются биты, которые могут находиться в двух состояниях, в состоянии логической 1 и 0. В квантовых же вычислениях используются кубиты, которые также могут находиться в состоянии 1 и 0, и в состоянии так называемой суперпозиции, когда заключенное в них значение равно одновременно и 1 и 0.
В отличие от кубитов, кутриты могут принимать базовые значения 0, 1 и 2, а их состояние суперпозиции может содержать любую из возможных комбинаций двух или трех базовых значений. Это увеличивает во много раз количество информации, которая может быть обработана в квантовом компьютере или передана по квантовой сети за один раз. Но это также увеличивает в соответствующее количество раз сложность задач, решаемых разработчиками квантовых систем.
Ученые создали кутриты путем разделения потока фотонов на три части, летящие в пространстве очень близко друг к другу. Это было сделано при помощи тщательно калиброванной лазерной установки, системы расщепителей лучей и кристаллов бората натрия, внутри которых отдельные фотоны запутывались на квантовом уровне, превращаясь в кутриты, которые, в свою очередь, были запутаны на квантовом уровне с другими кутритами.
Считывание значения кутрита, который может иметь одно из 12 возможных состояний, производилось с точностью 75 процентов. Да и сама установка, которая производит кутриты, кодирует, телепортирует и считывает информацию, работает пока крайне медленно и неэффективно. Тем не менее, все это является доказательством того, что телепортация кутритов в принципе возможна, и дело остается лишь за совершенствованием данной технологии.
Отметим, что работы по телепортации кутритов велись параллельно и другой независимой группой ученых. Вторая группа работала только с 10 из возможных квантовых состояний кутритов, но результаты их исследований готовы пока не полностью и будут опубликованы немного позже.
Следующим шагом, которые намерены предпринять ученые, станет создание и телепортация так называемых куквартов (ququarts), которые, как не тяжело догадаться, представляют собой кутриты, имеющие еще один дополнительный бит (одно состояние). «Мы ожидаем, что результаты наших исследований проложат путь к созданию действительно многомерных квантовых систем, возможности которых будут на многие порядки выше возможностей квантовых систем на основе кубитов» — пишут исследователи, — «А разработанная нами многомерная телепортация станет ключевой технологией, обеспечивающей работу этих систем».
