Исследователи одновременно телепортировали квантовые состояния света через 100 независимо управляемых оптических каналов. Лабораторная установка организовала каналы в матрицу 10 × 10 и передала закодированное в них состояние так, что на приёме восстановился 100-пиксельный рисунок в форме буквы Q. Авторы видят в этом шаг к квантовым сетям, которым потребуется одновременная передача множества состояний вместо последовательной схемы.

Квантовая телепортация здесь означает воспроизведение состояния одной системы в другой посредством заранее подготовленной квантовой запутанности. Исходный объект при этом никуда не исчезает; метод не позволяет передавать полезную информацию быстрее света.

В эксперименте исследователи расщепили поперечный профиль лазерного луча на 100 пространственных мод. Каждая мода функционировала как отдельный канал, управляемый независимо от соседних. Пространственный модулятор света с компьютерными голограммами позволял программно менять конфигурацию всей матрицы.

Для каждого из ста каналов подготовили соответствующую запутанную оптическую моду. Запутанный свет генерировали через четырёхволновое смешение в горячем паре рубидия, где взаимодействие световых волн порождает новые связанные оптические поля. Луч накачки сделали почти равномерным по интенсивности, чтобы условия оставались примерно одинаковыми по всей матрице.

Главная сложность лежала не в создании ста каналов, а в их одновременной обработке. Стандартная схема телепортации для большого числа каналов быстро усложняется: каждому может потребоваться отдельный детектор, электронная обработка и коррекция состояния. Авторы заменили такой набор единой полностью оптической схемой, которая выполняла все необходимые операции сразу для всей матрицы.

Изображение буквы Q распределили по матрице 10 × 10, где каждая пространственная мода играла роль пикселя. Передавали не обычный цвет или яркость, а непрерывное квантовое состояние оптического поля, определяемое амплитудой и фазой. После обработки ста каналов система восстановила исходный рисунок на приёмной стороне.

Проверили не только визуальное сходство полученного изображения с исходным. Для каждого канала измерили точность воспроизведения квантового состояния — достоверность. Среднее значение для ста мод составило 0,60 при классическом пределе около 0,52. Все 100 каналов превысили пороги, достижимые без использования квантовой запутанности.

Параллельная обработка необходима прежде всего для увеличения пропускной способности квантовых сетей. Прежние эксперименты передавали состояния последовательно или объединяли несколько каналов в разные свойства одного луча, требуя от приёмника сложную процедуру разделения данных. Пространственно разнесённые моды можно контролировать по отдельности, сохраняя одновременную обработку всей группы.

До действующей квантовой сети новой установке ещё далеко. Эксперимент проходил в лабораторной оптической системе и не демонстрировал передачу ста каналов на расстояние по городскому оптоволокну или через свободное пространство. Результат показывает в первую очередь возможность увеличить число одновременно обрабатываемых квантовых состояний.

Размер матрицы ограничила доступная мощность лазера накачки — около 1 Вт. Авторы рассчитывают, что более мощные лазеры и усилители позволят увеличить число пространственных мод. Ту же архитектуру планируют применять не только для телепортации, но и для создания крупных квантовых состояний, распределённых вычислений и сетей с несколькими квантовыми узлами.