В квантовом мире телепортация – не научная фантастика, а реальность (хотя и здесь телепортацией называют не перемещение физических объектов, а перенос квантовых состояний). Но может ли телепортация идти одновременно в двух направлениях? Ученые из Российского квантового центра выяснили, что ответ на этот вопрос: «да». Более того, участники процесса телепортации могут передавать состояния своих квантовых битов (кубитов) друг другу, используя те же ресурсы, что и в стандартной процедуре квантовой телепортации: пару максимально запутанных кубитов, пишет Алексей Федоров из РКЦ и его коллеги в статье, опубликованной в журнале Physical Review A.

В стандартной процедуре квантовой телепортации Алиса (Алиса и Боб – так называют отправителя и получателя в квантовой коммуникации) проводит совместные измерения частицы с состоянием, которое она хочет передать Бобу и одной из частиц из запутанной пары. Это измерение разрушает передаваемое состояние на стороне Алисы так же, как и первоначальное состояние запутанности этой пары. В то же время Боб может реконструировать исходное состояние частицы Алисы, на своей частице из запутанной пары, используя результаты измерения, полученные от Алисы по классическому каналу связи.

«В рамках нашего подхода мы предложили некоторые модификации этого протокола: теперь Алиса и Боб действуют более симметрично и «нежно»»,  – говорит Алексей Федоров.

Каждая из сторон выполняет «мягкие» измерения своих частиц с состояниями, которые они хотят передать друг другу и частицами из запутанной пары. Этот тип измерений не обладает высокой точностью, но позволяет сохранить запутанность для двусторонней передачи и получения квантовой информации. При этом передача квантовых состояний становится неидеальной и на выходе могут быть получены только «зашумленные» версии состояний.

«Используя двойственность между квантовыми состояниями и каналами (известную как изоморфизм Чоя-Ямиолковского) мы показали, что такое обобщение стандартного протокола демонстрирует интересную взаимосвязь между квантовой запутанностью и классической коммуникацией, раскрывая потенциальные возможности запутанных состояний для неидеальной передачи квантовых состояний»,  – отмечает Федоров.

In quantum world teleportation is not a science fiction. But can teleportation be realized in both directions simultaneously? Scientists from Russian Quantum Center revealed that the answer is “yes”. Moreover Alice and Bob can teleport quantum states of their bits (qubits) to each other using the same quantum resource as in the standard quantum teleportation protocol: preliminary shared pair of maximally entangled qubits (also known as Bell state), wrote Aleksey Fedorov and colleagues in a paper, recently published in Physical Review A.

In the original protocol Alice performs a joint measurement on a particle with the qubit state she wants transmit to Bob and a particle form the shared entangled pair. This measurement destroys the transmitted state on Alice's side together with initial entanglement of the pair. In the same time, Bob can reconstruct Alice’s state on his particle from the pair using measurement outcome obtained from Alice via classical communication.

“In our approach, we propose slight modifications of the protocol: now Alice and Bob act in more symmetric and gentle way,” said Fedorov.

Each of the parties performs soft measurements on their particles with states they want to transmit and particles from the entangled pair. This softness makes it possible to employ simultaneously the shared entanglement for bidirectional transmission and receiving of quantum information. Nevertheless, nothing comes free: the transmission of quantum states becomes imperfect and only noisy versions of input states could be obtained at the output.

“Using a duality between quantum states and channels (known as the Choi-Jamiolkowski isomorphism) we show that such generalization of the seminal protocol demonstrates an interesting interplay between quantum entanglement and classical communication revealing a potential resource of entangled states for imperfect quantum state transmission”, Fedorov noted.