Экспериментальное подтверждение
Телепортация тесным образом связана как с генерацией так и с измерением спутанных фотонов; Они являются важнейшими задачами для любого экспериментального подтверждения. До сих пор существовали только немногие экспериментальные установки, с помощью которых можно добиться образования спутанных состояний, и не существует экспериментально подтвержденных данных для того, чтобы определить все четыре Белловских состояний для любого вида квантовых систем. Однако, спутанные пары фотонов можно легко получить, и они могут прогнозироваться по крайней мере в два из четырех Белловских состояний.
Мы получили спутанные фотоны 2 и 3 путем параметрической даун-конверсии. В этом методе, внутри нелинейного кристалла, вошедший путем накачки фотон может спонтанно распадаться на два фотона, которые в случае 2-го типа параметрической Даун-конверсии находятся в состоянии, данном в уравнении (2) (Рис.2) [6].
Чтобы достичь прогнозирования фотонов 1 и 2 в Белловское состояние, мы должны сделать их неразличимыми. Чтобы и достигнуть этой неразличимости, эти два фотона мы переводим в суперпозицию в расщепителе пучка (Рис.1b). Если они падают каждый со своей стороны, как получается, что каждый из них все же появляется на тех самых сторонах? Ясно, что это может произойти, если они или отражаются, или превращаются. В квантовой физике мы должны иметь суперпозицию амплитуд для этих двух вероятностей. Единичные импульсы, амплитуды которых были отражены, получили путем сложения минусовых сигналов. Тем не менее, кажется, что эти два процесса исключают друг друга. Однако, это подходит только симметричного входного состояния. Для антисимметричного состояния эти две возможности получают другим связанным минусовым сигналом, и следовательно, они полностью интерферируют [15,16]. Это удовлетворяет прогнозированию фотонов 1 и 2 в антисимметричное состояние |Ψ|1 2 с целью помещения детекторов в каждый из выходов расщепителя и для одновременной регистрации (совпадений) [17-19].
Чтобы быть быть уверенным в том, что фотоны 1 и 2 неразличимы ко времени их прибытия, их генерирут, используя импульсный луч накачки, и направляют через фильтры с узкой полосой пропускания, дающими время когерентности много большее, чем длина импульса накачки [20]. В эксперименте импульсная накачка имела длительность 200 fs с частотой повторения 76 MHz. Анализ даун-конвертированных фотонов с длиной волны 788 nm при ширине щели 4 nm показал, что их время когерентности составляло 520 fs. Это следует понимать таким образом, что поскольку фотон 1 также продуцируется как часть спутанной пары, его партнер может служить в качестве индикатора возникновения фотона 1.
Каким образом можно единственным экспериментом доказать, что неизвестное квантовое состояние может телепортироваться? Во-первых он должен в полной мере продемонстрировать, что телепортация работает в режиме установления единственных известных состояний, при которых любые другие состояния исчезают. Главное в поляризационных состояниях именно их две компоненты, и в принципе, мы можем узнавать горизонтальную или вертикальную поляризации по излучению источника. Но и это все еще не показывает, что телепортация работает для любой общей суперпозиции, поскольку эти два направления предпочтительны в наших экспериментах. Поэтому в первом эксперименте мы выбираем в качестве основы телепортации два состояния линейной поляризации -450 и +450, в которых уже имеется суперпозиция горизонтальной и вертикальной поляризации. Во-вторых, эксперимент должен доказать, что телепортация работает на суперпозициях этих двух основных состояний. Поэтому мы также демонстрируем телепортацию для круговой поляризации.
