Kvantna teleportacija upravo je dobila stotinu paralelnih kanala
U laboratoriji Istočnokineskog normalnog univerziteta (East China Normal University) u Šangaju, tim fizičara je istovremeno, kroz sto odvojenih optičkih kanala, kvantno teleportovao sliku.
Na prijemnoj strani stola pojavilo se slovo "Q", sastavljeno od sto tačaka svjetlosti, s preciznošću kakvu klasičan sistem bez kvantne isprepletenosti ne bi mogao postići.
Rad je 20. augusta objavljen u časopisu Physical Review Letters, a uredništvo ga je istaklo u tom broju.
Kvantna teleportacija, uprkos imenu, ne premješta materiju s jednog mjesta na drugo. Prenosi kvantno stanje jednog sistema na drugi, koristeći zajedničko isprepleteno stanje i klasičan kanal komunikacije.
Koncept je teorijski predložen 1993. godine, u radu čiji je prvi autor bio Charles Bennett, a prva eksperimentalna demonstracija stigla je krajem 1997., kada je tim Antona Zeilingera u Innsbrucku objavio rezultate u časopisu Nature.
Tim Francesca De Martinija u Rimu je izveo srodan eksperiment u istom periodu, a njegov rad je formalno objavljen 1998. u časopisu Physical Review Letters.
Od tada su naučnici teleportovali stanja fotona, atoma i kubita u čvrstom stanju, na daljinama koje su 2017. dosegle 1.400 kilometara, kada je kineski satelit Micius poslužio kao veza između tla i orbite.
Šta zaista putuje kad se stanje "teleportuje"
Sam proces zavisi od dvije isprepletene čestice, na primjer dva fotona, koje su povezane tako da svaka promjena jedne trenutno utiče na drugu, bez obzira na razmak između njih.
Jedan foton ostaje na predajnoj strani, a drugi putuje do prijemnika još prije nego što je sadržaj poruke uopšte poznat.
Treći foton, onaj koji zapravo nosi informaciju koja se šalje, potom se isprepliće s prvim, a mjerenje tog para nužno uništava njihova originalna stanja.
Rezultat tog mjerenja, običan niz klasičnih podataka, šalje se prijemniku, najčešće svjetlosnim impulsima.
Na prijemnoj strani se ti podaci koriste da se drugi foton preoblikuje u stanje identično originalu, tako da je od njega nemoguće razlikovati.
Zato je brzina teleportacije ograničena brzinom svjetlosti, koliko god sama isprepletenost djelovala trenutno: podatak o mjerenju i dalje mora fizički putovati.
Zašto je propusnost bila slaba tačka kvantne teleportacije
Daljina nije jedino mjerilo napretka.
Većina eksperimenata kvantne teleportacije do sada je prenosila po jedno kvantno stanje u jednom trenutku, ili nekoliko njih kroz multipleksirane kanale u istom snopu svjetlosti.
Svaki dodatni kanal traži svoj par isprepletenih čestica, precizno usklađen s informacijom koju nosi.
Konvencionalni pristupi, uz to, obično zahtijevaju posebnu detekciju, elektronsku obradu i modulaciju za svaki kanal, pa aparat postaje sve složeniji što se više kanala dodaje.
Velika kvantna mreža bi morala žonglirati mnogim kvantnim stanjima paralelno, a ne jedno po jedno.
Upravo je to razlika između mreže koja može poslati kratku poruku i one koja može nositi cijelu sliku ili tok kriptografskih ključeva u realnom vremenu.
Propusnost, ne samo domet, postala je usko grlo za bilo koju ozbiljnu primjenu kvantnih komunikacija.
Rešetka od sto tačaka svjetlosti
Tim koji vodi Jietai Jing pristupio je problemu iz drugog ugla.
Umjesto da multipleksira jedan snop svjetlosti, rasporedili su sto prostorno odvojenih modova svjetlosti u rešetku deset puta deset, pri čemu je svaki mod djelovao kao samostalan, nezavisno adresiran kanal.
Programabilan hologram, generisan takozvanim Gerchberg-Saxtonovim algoritmom, ispisan je na uređaj koji se zove prostorni svjetlosni modulator, kroz koji je prolazio laserski snop i oblikovao se u rešetku piksela.
Tim je zatim izgradio odgovarajuću rešetku isprepletene svjetlosti i sistem koji sve kanale obrađuje paralelno, bez posebnog elektronskog mjerenja za svaki od njih.
"Prevazilaženjem ta dva izazova, implementirali smo kvantnu teleportaciju sto prostornih modova s vjernostima koje premašuju odgovarajuće klasične granice", rekao je Jing za ScienceAlert.
Kada su testirali sistem, kodirali su informaciju u rešetku deset puta deset piksela, čiji je zbir formirao intenzitetski uzorak slova "Q".
Svaki mod je nosio kontinuiranu kvantnu vrijednost optičkog polja, opisanu njegovom amplitudom i fazom, ne diskretnu čestičnu vrijednost.
Prosječna vjernost prenosa kroz svih sto kanala iznosila je 0,60, naspram klasične granice od 0,52 koju bi bilo moguće postići bez isprepletenosti, i ta razlika je, prema samom radu, bila ujednačena za svaki od sto modova.
Naslov rada u Physical Review Letters ističe riječ "rekonfigurabilno", i to nije slučajno.
Pošto se rešetka piksela ispisuje softverski, preko holograma na modulatoru, tim može promijeniti raspored ili broj aktivnih kanala bez ponovnog sklapanja optike na stolu.
Rad je predat na recenziju 27. marta 2026., revidiran 10. juna, prihvaćen 30. juna i konačno objavljen 20. augusta, što je uobičajen ritam za rad ovog obima u kvantnoj optici.
Drugi put do istog cilja: kanali u frekvenciji umjesto u prostoru
Nekoliko mjeseci ranije, drugi kineski tim, koji vodi Xiaolong Su na Univerzitetu Šansi (Shanxi University), prišao je istom problemu propusnosti iz suprotnog ugla.
Umjesto da razdvaja kanale u prostoru, kao grupa iz Šangaja, njihov tim je iskoristio zavisnost faze od frekvencije unutar jednog laserskog snopa.
Fino podešavajući fazu dva klasična kanala prema različitim frekvencijama, uspjeli su deterministički teleportovati do pet takozvanih sideband kjumodova (kvantnih modova u bočnim opsezima frekvencija) istovremeno, unutar frekvencijskog pojasa od 24 megaherca.
Rezultat je objavljen krajem decembra 2025. u časopisu Science Bulletin i dostigao je vjernost od otprilike 70 posto, čime je svaki od pet kanala premašio granicu nekloniranja koja razdvaja kvantni prenos od klasičnog kopiranja.
Dva pristupa ne konkurišu direktno jedan drugom, nego otvaraju dva različita pravca skaliranja.
Šangajski eksperiment žrtvuje dio vjernosti da bi otvorio mnogo veći broj kanala, dok pristup iz Šansija drži manji broj kanala, ali s višom vjernošću po kanalu.
Za mrežu koja bi jednog dana trebala nositi i slike i osjetljive kriptografske ključeve, vjerovatno će biti potrebna oba pravca.
Čemu ovo služi izvan laboratorije
Kvantne mreže bi mogle štititi poruke enkripcijom koja je, prema samim zakonima fizike, otporna na prisluškivanje, jer mjerenje nepoznatog kvantnog stanja neizbježno remeti to stanje i odaje prisustvo uljeza.
Isti princip bi mogao povezati kvantne računare tako da zajedno djeluju kao snažniji procesor, ili spojiti kvantne senzore u niz radi veće preciznosti mjerenja, objasnio je IEEE Spectrum u svom izvještaju o radu.
Nijedna od tih primjena, međutim, ne radi dobro ako mreža može nositi samo jedno kvantno stanje u datom trenutku.
Arhitektura sa sto kanala rješava upravo taj dio slagalice, bar u principu.
Kapacitet i kompleksnost kvantnih mreža će rasti, a razlika između sistema koji dodaje poseban uređaj za svaki novi kanal i sistema koji sve kanale obrađuje paralelno postaje sve važnija, naglasio je Jing.
Ideja o takozvanom "kvantnom internetu", mreži koja bi povezivala udaljene kvantne procesore i senzore u jedan usklađen sistem, godinama je ostajala ograničena upravo brzinom kojom se pojedinačna kvantna stanja mogu razmjenjivati.
Sistem koji odjednom nosi sto stanja, umjesto jednog, ne mijenja tu ideju, ali mijenja brzinu kojom bi takva mreža mogla rasti u praksi.
Cilj od hiljadu kanala
Jing je za IEEE Spectrum izjavio da njegov tim sada radi na proširenju sistema na hiljadu kanala, koristeći lasere veće snage i bolje pojačavače.
To bi zahtijevalo deset puta veću rešetku modova, deset puta veću odgovarajuću rešetku isprepletene svjetlosti i sistem paralelne obrade koji ostaje jednako brz bez obzira na broj kanala.
Za sada, arhitektura ostaje ograničena na laboratorijski sto, na udaljenost od nekoliko metara između predajnika i prijemnika.
Prelazak s prostornih modova na optičko vlakno ili na daljinu mjerenu kilometrima, kao kod satelita Micius, ostaje odvojen tehnički korak koji ovaj rad ne demonstrira.
Sto kanala, za sada, ostaje najveći ikad prikazan skup istovremeno nezavisno adresiranih kanala kvantne teleportacije.
IZVORI
- Hundred-Channel Reconfigurable Quantum Teleportation, Phys. Rev. Lett. 137, 080801
- Breakthrough: Scientists Just Teleported an Image Across 100 Quantum Channels at Once, ScienceAlert
- Researchers Quantum Teleport Data Across 100 Channels at Once, IEEE Spectrum
- Controllable deterministic quantum teleportation of multiple sideband qumodes, Science Bulletin
- Jietai Jing, profil istraživača, East China Normal University.
Aron Corvin
Istraživač nepoznatog koji voli dobru priču. Neću ti prodati senzaciju samo zbog klika. Ako ti se sviđaju moji tekstovi, tvoja podrška bi mi mnogo značila da nastavim dalje.