Сотрудники Института проблем химической физики РАН (Черноголовка, Россия) и Национального института информатики (Токио, Япония) предложили протокол для телепортации макроскопического конденсата Бозе-Эйнштейна — квантового состояния вещества, которое можно увидеть невооруженным глазом.

Впервые протокол квантовой телепортации кубита (квантового бита) был предложен в 1993 году. Он представляет собой передачу состояния микроскопической квантовой системы на расстояние с использованием запутанности — квантовомеханического ресурса, проявляющегося в существовании нелокальных корреляций между квантовыми объектами. Первые эксперименты по квантовой телепортации были осуществлены на основе фотонов в 1997 году.


Затем, в 2004-м, были представлены эксперименты по телепортации атомов. Однако телепортация объектов, превосходящих единичные атомы или фотоны, до сих пор остается проблематичной. Трудность состоит в том, что запутанные состояния в этом случае сильно подвержены декогеренции и разрушаются за время много меньшее, чем необходимо для осуществления телепортации.


В данной работе в качестве объекта для телепортации авторы рассмотрели конденсат Бозе-Эйнштейна. Конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК) является новым агрегатным состоянием вещества, которое было теоретически предсказано Эйнштейном и Бозе в 1925 году. Спустя 70 лет данное состояние вещества было получено экспериментально охлаждением газа атомов щелочных металлов до 50 нанокельвинов. За эту работу была присуждена Нобелевская премия по физике 2001 года.


В таком сильно охлажденном состоянии большое число бозонов оказывается в своем основном состоянии, и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. Данное квантовое состояние вещества обычно содержит от тысячи до нескольких миллионов атомов, и его можно увидеть невооруженным глазом.


Используя особый тип запутанных состояний, авторы предложили новый протокол телепортации таких макроскопических конденсатов Бозе-Эйнштейна, и показали, что данный тип запутанных состояний может быть приготовлен в условиях декогеренции за время, необходимое для телепортации.


Хотя ранее были представлены эксперименты по телепортации макроскопических атомных ансамблей, в этих экспериментах телепортировалось состояние из небольшой окрестности вокруг заданного коллективного состояния ансамбля, закодированного в канонических переменных. Теперь удалось избавиться от этого ограничения и разработать протокол телепортации произвольных состояний квантовой макроскопической системы.


Авторы работы отмечают, что представленные в работе идеи открывают путь для использования макроскопических систем, менее подверженных декогеренции, вместо одиночных фотонов и атомов в квантовой обработке информации и квантовых вычислениях.