米国立標準技術研究所（NIST）の科学者らは日本の日本電信電話株式会社（NTT）と協力し、量子情報が「テレポート」された最長距離を4倍に短縮した。
もちろん、量子テレポーテーションは、USSエンタープライズの転送装置のように、物質を非物質化して別の空間の場所に再物質化することではありません。宇宙の気の利いた（そして理解しにくい）特性を通じて情報を転送するのです。
この記録は、「高効率超伝導ナノワイヤ単一光子検出器を使用した100kmの光ファイバーを介した量子テレポーテーション」と題された論文に記載され、Optica誌に掲載されました。
テレポーテーション技術は、量子通信と量子コンピューティングの両方に応用できると考えられており、光速処理、暗号解読、文字通り（合理的ではなく）解読不可能な暗号化を可能にする可能性があります。
ケンブリッジ大学のロス・アンダーソン氏を含む一部の人々は、現代の暗号化技術で十分だと考えており、量子暗号は証明されていない、あるいは証明不可能な物理学者の難問だと考えている。
クレジット: K Irvine/NIST
NIST の論文の要約では次のように説明されている。「量子テレポーテーションは、量子もつれと古典的通信の助けを借りて、未知の量子状態を遠隔地に転送することができる重要な量子操作です。」
光子量子ビットと連続変数を使用した最初の実験的実証以来、自由空間チャネルを介した光子量子テレポーテーションの距離は増加し続け、100 km を超えています。
一方、光ファイバーを介した量子テレポーテーションは、典型的な通信帯域の単一光子検出器の検出効率が比較的低いために、量子テレポーテーション実験に必然的に伴う多重光子検出が非常に非効率的であることが主な理由で、困難を極めてきました。
この論文では、NIST が開発した 4 つの「高検出効率超伝導ナノワイヤ単一光子検出器 (SNSPD)」の使用を通じて、光ファイバーを介した量子テレポーテーションの課題に対処する方法について報告しています。
これらの SNSPD により、非常に効率的な多重光子測定が可能になり、入力光子の量子状態が 100 km の光ファイバー上に平均忠実度 83.7±2.0 パーセントでテレポートされたことが確認されました。
「100kmの光ファイバーを通り抜けられる光子はわずか1%程度です」とNISTのマーティ・スティーブンス氏は発表で述べた。「この非常に微弱な信号を測定できる新しい検出器がなければ、この実験は決して実現できませんでした。」
論文の主著者は、NTTから来ていたNISTの客員研究員、武末弘樹氏で、NTTの基礎研究所は、この研究のためにこのアメリカの研究所と協力した。
これまで、量子データ伝送では大きな損失が発生し、伝送速度と距離が抑制されてきました。
しかし、論文で説明され、NTTとNISTが開発した技術により、弱い信号を受信してそれを最大強度で再送信することで従来の通信ネットワークにおける信号劣化に対処する量子通信中継器の作成が可能になるかもしれない。
NIST の研究者たちは、これによって量子ネットワークの到達範囲が拡張され、この分野での継続的なイノベーションにより、最終的には地球に「量子インターネット」がもたらされるかもしれないと示唆している。
「モリブデンシリサイド製の超伝導ナノワイヤ」を利用したこの検出器は、NIST の検出器設計における最近の進歩であり、新しいタングステン シリコン合金製の超伝導ナノワイヤを特徴としています。
ナノワイヤは非常に感度が高いため、個々の光パケットの検出が可能であり、NIST は、検出器は到着する光子の 80 パーセント以上を記録し、それらの光子が同じタイムスロットにあるか異なるタイムスロットにあるか (実験用に選択された量子状態) を明らかにできると述べています。各タイムスロットはわずか 1 ナノ秒 (10 −9秒) です。
NTT/NISTの実験では、量子状態の組み合わせを限定的に絞り込んだため、テレポーテーションは送信の25%しか成功しませんでした。しかし、高効率検出器のおかげで、研究者たちは平均して最大値の83%で目的の量子状態をテレポートすることができました。つまり、全体の20%以上が成功したということです。
研究者らは、異なる初期特性を持つすべての実験実行が 66.7 パーセントの成功閾値を超えたと述べました。これは、テレポーテーション プロセスの量子的な性質を証明するために数学的に重要な数値です。®
