Fyzici z katedry optiky zachraňují kvantovou provázanost

Tým optiků z přírodovědecké fakulty zkonstruoval fotonický simulátor a dokázal, že kvantovou provázanost částic lze během kvantové komunikace zachránit před šumem. Výsledky vydal prestižní časopis Scientific Reports nakladatelské skupiny Nature.

Kvantová provázanost patří k nejpodivnějším a současně nejužitečnějším vlastnostem mikrosvěta. Projevuje se souvislostmi mezi dvěma částicemi, které od sebe mohou být jakkoliv daleko a nemohou se nijak ovlivňovat. Zatímco v minulém století tato kvantová podivnost nedala spát ani Albertu Einsteinovi, dnes umožňuje funkci bezpečné kvantové komunikace či kvantových výpočtů. Pro její technické využití je třeba připravit a přenášet provázané částice, například atomy v případě kvantových procesorů nebo fotony pro kvantovou komunikaci přes optická vlákna. Kvantová provázanost je však velmi citlivá na nedokonalosti při přípravě a následném přenosu, zvláště pokud cestuje reálnou komunikační linkou zatíženou šumem.

Aby dvě provázané částice mohly posloužit například k teleportaci či kryptografii, je nutné jednu z nich nejprve fyzicky přemístit, což v rušivém prostředí může vést až k zániku provázanosti. Olomoučtí optici si proto položili otázku, zda je možné zachránit kvantovou provázanost, i když je po přenosu ztracena. „S využitím sondy v komunikační lince se nám podařilo získat dodatečnou informaci, s jejíž pomocí jsme obnovili přenášenou provázanost. Protože rušivý účinek šumu je spojen s jeho teplotou, můžeme chápat náš výsledek jako návod na ,informační chlazení‘ komunikační linky. To umožňuje použít tuto novou techniku také v dalších systémech,“ shrnul hlavní princip vedoucí projektu Radim Filip.

Experimentální tým poté pod vedením Miroslava Ježka sestavil simulátor kvantového komunikačního kanálu, kde provázané částice reagují na různé typy rušení s cílem napodobit co nejvíce možných scénářů. „Je neuvěřitelné, co se děje například s entropií u kvantově provázaných párů. Obnovou provázanosti vlastně zhoršíme nepořádek v jedné částici, ale celkový systém bude uspořádanější. Kéž by to tak fungovalo i jinde,“ posteskl si Ježek.

Celý výzkum se koná na katedře optiky, hlavní podíl na experimentu měli doktorandi Ivo Straka a Martina Miková. „Jsme rádi, že kromě silné zahraniční spolupráce můžeme našim studentům nabídnout zajímavá témata řešená zcela na půdě naší fakulty,“ doplnil Ježek.