量子伝送は実際の応用において重要な一歩を踏み出し、研究者たちはその量子情報の伝送における効率が直接的な光子伝送を大きく上回ることを示しました。この研究は中国科学技術大学の研究チームによって行われ、実験では量子伝送方法の効率が直接光子伝送のほぼ3倍であることが示されました。さらに、最適な量子クローン技術を用いて強化された場合、量子伝送は従来の方法よりも優れています。研究者によれば、これらの発見は長距離における光子損失の問題を克服するのに役立ち、これは実用的な量子通信ネットワークが直面する最大の課題の一つと見なされています。
量子通信は光子、すなわち光の粒子を利用して量子情報を運びますが、光子が光ファイバーや自由空間を通過する際に、多くの光子が散乱または吸収されるため、長距離において光子損失がより深刻になり、信頼できる量子通信が特に困難になります。
量子伝送技術が量子通信の効率を大幅に向上させる
この制限を克服するために、研究者たちは量子伝送に目を向けました。このプロセスは、量子もつれを通じて一つの粒子の量子状態を別の粒子に転送するもので、粒子自体を物理的に移動させる必要はありません。量子もつれとは、二つ以上の粒子が相互に結びついているとき、一方の粒子を測定することで、距離に関係なくもう一方の粒子の状態が即座に決定される現象です。本研究の共同著者である物理学研究者の陸朝陽博士は、Phys.orgのインタビューで次のように述べています。「量子情報科学において、私たちは魅力的な量子効果を示すだけでなく、量子技術が明確な任務において最良の古典的代替手段を超えることを証明する段階に達しました。」
科学者たちは40年以上にわたり量子伝送を研究してきましたが、これまでのところ、量子伝送と同じ通信チャネルを通じて光子を送信する効果を直接比較したことはありませんでした。
量子伝送が未来の量子通信システムの実用ツールに
中国のチームは現在、遠隔で高品質のもつれた光子対を準備できる全光学的なソリューションを構築しており、これにより通信チャネルが著しい光子損失を受けている場合でも量子伝送が可能になります。このチームの方法では、6つの光子を生成し、そのうち4つを測定し、残りの2つの光子の間にアインシュタイン-ポドルスキー-ローゼン（EPR）対を作成するためにこれらの測定結果を利用します。このもつれた対は伝送損失を大幅に減少させ、量子伝送の信頼性を向上させました。この方法をテストするために、チームは伝送率が約1%の精密に調整された通信チャネルを使用しました。
彼らは量子状態の効率と忠実度を評価し、結果を比較しました。量子伝送の伝送効率は、同じ損失チャネルを通じて直接光子を送信する場合のほぼ3倍であり、これは量子伝送が直接光子伝送を超えることができるという最初の証拠を示しています。
研究チームによれば、この作業は量子伝送が未来の量子通信システムの実用ツールとなる可能性を示しています。陸博士はさらに、「現実のネットワーク条件下で量子伝送の利点を示すことは、実際の応用への重要な一歩となるでしょう。」と述べています。研究者たちはこの方法が量子中継、量子リピーター、ネットワーク化された量子プロセッサの発展を支えることができると信じています。彼らは実際の光ファイバーリンクや量子ネットワークでのテストを計画しており、グレンバーグ-ホーン-ツィリンガー（GHZ）状態のようなより複雑なもつれ状態を準備するためにこの方法を拡張することを希望しています。「これらのリソースは、量子ネットワークにおけるより強力なプロトコルを可能にし、通信、分散計算、ネットワーク化された量子情報処理において真の量子優位性を示すのに貢献するでしょう。」
陸博士はまとめました。この研究は『Nature Physics』誌に発表されました。