Главная проблема в квантовой коммуникации заключается в том, что в каналах связи существует затухание. Фотоны гибнут, не дойдя до цели. Недавно удалось продемонстрировать работу секретного квантового канала длиной 144 км. И это предел. Если брать большие расстояния, то появляется возможность незаметного подслушивания: становится трудно отличить естественное пропадание фотонов от пропадания в результате подслушивания. Для увеличения расстояния требуются повторители. Однако квантовая механика запрещает как неразрушающее измерение, так и клонирование (копирование) состояния квантовой системы. Пока единственная реальная возможность повторителя выглядит следующим образом. “Старый” фотон приходит к повторителю, где его состояние передается на “новый” фотон в результате обмена состояниями посредством запутывания. “Новый” фотон уносит состояние до следующего повторителя, и т.д. Такой повторитель пока не создан; для начала нужно научиться хотя бы запутывать состояния фотонов от различных удаленных источников.

Это удалось ученым из университета Женевы. Схема экспериментальной установки представлена на рис.1 . В качестве источника пар фотонов используется нелинейный кристалл, в котором в процессе спонтанного параметрического распада фотоны от лазера распадаются на два фотона с приблизительно равными частотами. Эти фотоны пропускают через узкополосный брэгговский фильтр, чтобы их “идентичными”. После этого из источников вылетают запутанные идентичные пары фотонов (А1, А2) и (В1, В2). Фотоны (А1, В1) пропускаются через 50 % светоделитель и попадают на детекторы SSPD и APD. Срабатывание обоих детекторов означает, что эти фотоны были в антисимметричном по перестановкам пространственном состоянии. Для фотонов как бозе-частиц это означает, что и поляризационная часть их волновой функции тоже является антисимметричной, а это возможно только при их запутанности. Подобное измерение является одним из вариантов измерения Белла, которое предназначено для выяснения симметрии квантового состояния двух частиц. Таким образом, в результате этого измерения выяснилось, что пара фотонов (А1, В1) была запутанной, а это означает, что и пара “оставшихся в живых” фотонов (А2, В2) тоже стала запутанной, учитывая изначальную запутанность ЭПР-пар. Это доказывается измерением состояния этой пары. Срабатывание одного из детекторов SSPD или APD (т.е. оба фотона попадают в один детектор) означает симметричное пространственное состояние фотонов (А1, В1), которое не гарантирует их запутанность.

Главным препятствием при реализации этого эксперимента является обеспечение синхронного попадания фотонов на светоделительную пластину. Подобный эксперимент уже был выполнен раньше, но тогда источники фотонов находились рядом, что позволяло добиться их синхронизации. В настоящем эксперименте из-за удаленности источников пришлось надеяться только на случайное совпадение. В результате число благотворных событий было в 100 раз меньше и составляло всего 5 событий в час. Для целей коммуникации это, конечно, слишком мало, но это только первый шаг.