У світі квантової механіки переплетення є дивним царством, де частинки, які колись приєдналися, показують дзеркально-протилежні реакції при поділі, навіть якщо вони знаходяться на величезних відстанях один від одного. На даний момент дослідники з Віденського університету і Автономного університету Барселони додали новий поворот до цього явища шляхом переплетення трьох фотонів і додавання 3D руху, щоб ефективно дозволити кільком одержувачам одночасно отримувати інформацію, надійно закодовану в одній передачі.
Кодування заплутаних фотонів з певними спіновими станами є методом, який використовується в квантової криптографії для забезпечення того, щоб дані, що передаються, прибули в пункт призначення і не могли бути перехоплені або змінені.
Проте, так як кожна пара, як правило, здатна кодуватися тільки одним станом – в цілому, напрямком його поляризації – кількість переданих даних обмежується тільки одним квантовим бітом (кубітом) на фотон.
У стандартних станах двовимірного заплутування, відповідно до квантової теорії хвиль, фотон існує у всіх спінових станах одночасно.
Проте, якщо фотон проходить через поляризаційний фільтр, який відкидає дані спінових станів, він може показати тільки один з чотирьох можливих станів спина – вертикальний, горизонтальний, вліво або вправо – а частинки в заплутаній парі відображають полярно протилежну поведінку.
Тобто, якщо одна заплутана частинка обертається вправо, його заплутаний друг крутиться вліво. В цьому останньому дослідженні, проте, вченим вдалося передати ще один стан двох з трьох фотонів в суміші, де вони розкручуються в протилежних напрямках.
«Цього ніколи не було експериментально досягнуто раніше. Цей тип асиметричної квантової заплутаності був передбачений раніше на папері, але ми першими насправді створити його в лабораторії, - сказав д-р Мехул Малик з університету Відня і автор дослідження».
У цьому дослідженні двом фотонам надали атрибути в тривимірному просторі, в той час як третій існує тільки в двох вимірах. Ця асиметрична структура заплутування допускає різні шари інформації, які будуть закодовані в межах однієї заплутаної структури, що дозволяє декільком одержувачам - повністю надійно відокремленим один від одного - отримати інформацію,
закодовану в одній передачі одночасно.
Це означає, що, наприклад, можна буде обмінюватися даними з третьою стороною за допомогою відкритого ключа шифрування з носієм телекомунікацій, щоб забезпечити це все в тій же передачі.
Як повідомляє medienportal.univie.ac.at, щоб довести цю можливість, дослідники розробили новий квантовий криптографічний протокол, використовуючи їх доданий квантовий стан, щоб забезпечити спільне використання окремих шарів інформації асиметрично між декількома сторонами з повною безпекою між кожним шаром.
«Експеримент відкриває двері для майбутнього квантового Інтернету з більш ніж двома партнерами, і це дозволяє їм спілкуватися більше, ніж за один біт на один фотон», - сказав Цайлінгер, квантовий фізик з Віденського університету і співавтор дослідження.
У той час як інші дослідження, спрямовані на кодування заплутаних фотонів більш ніж одним станом, наприклад, з використанням гребінки частот для отримання гіперзаплутаних станів, виробляють багаточастотну кодування, цим методом вдається додати додаткові атрибути в заплутаному стані шляхом додання спіна.
Таким чином, цей метод кодування може допомогти перемістити квантову інформацію від стандартного кубіта в кутрит (одиниця квантової інформації, закодованої в будь-якій кількості станів, де d є змінною), в якому передана інформація може бути збільшена за рахунок одночасного кодування спінових станів і руху частки в трьох вимірах.
