Forskerteam udvider kvantenetværk med vellykket langdistanceindviklingsforsøg

Forskere fra det amerikanske energiministerium Brookhaven National Laboratory, Stony Brook University, og DOE's Energy Sciences Network (ESnet) samarbejder om et eksperiment, der sætter amerikansk kvantenetværksforskning på det internationale kort. Forskere har bygget et kvantennetværks testbed, der forbinder flere bygninger på Brookhaven Lab-campus ved hjælp af unikke bærbare kvanteindviklingskilder og et eksisterende DOE ESnet kommunikationsfibernet-et vigtigt skridt i opbygningen af ​​et storskala kvantenetværk, der kan overføre information over lange afstande.

"I kvantemekanik, de sammenfiltrede partiklers fysiske egenskaber forbliver forbundet, selv når de adskilles af store afstande. Dermed, når målinger udføres på den ene side, det påvirker også den anden, "sagde Kerstin Kleese van Dam, direktør for Brookhaven Lab's Computational Science Initiative (CSI). "Til dato, dette arbejde er blevet demonstreret med succes med sammenfiltrede fotoner adskilt af cirka 11 miles. Dette er et af de største kvanteindviklingsdistributionsnetværk i verden, og eksperimentet med den længste distance sammenfiltring i USA. "

Dette kvantnetværks testbed -projekt omfatter personale fra CSI og Brookhavens Instrumentation Division og Physics Department, samt fakulteter og studerende fra Stony Brook University. Projektet er også en del af Northeast Quantum Systems Center. Et særskilt aspekt af teamets arbejde, der adskiller det fra andre kvantenetværk, der drives i Kina og Europa-begge længe engageret i kvanteinformationsvidenskabelige aktiviteter-er, at sammenfiltringskilderne er bærbare og let kan monteres i en standard datacenter-computerserver stativer, der tilsluttes almindelige fiberfordelingstavler.

Holdet har med succes installeret en bærbar, kvante-sammenfiltret fotonkilde i et serverrack, der ligger i BNL Scientific Data and Computing Center, hvor laboratoriets centrale netværkshub er placeret. Med denne forbindelse, sammenfiltrede fotoner kan nu distribueres til hver bygning på laboratoriets campus ved hjælp af eksisterende Brookhaven og ESnet fiberinfrastruktur. ESnets fibre er blevet introduceret i stier mellem bygninger for at muliggøre distribution og undersøgelse af sammenfiltring over stadig længere afstande. De bærbare sammenfiltringskilder er også kompatible med eksisterende kvantehukommelser, atomfyldte glasceller, der kan gemme kvanteinformation. Normalt opbevares ved superkolde temperaturer, disse celler kan stimuleres ved hjælp af lasere til at kontrollere atomtilstandene i dem.

I arbejde sponsoreret af DOE's Small Business Innovation Research -program (SBIR), Brookhaven-Stony Brook-ESnet testbed har bærbare kvantehukommelser, der kan fungere ved stuetemperatur. Sådanne kvanteminder, konstrueret til kvante netværk i stor skala, har været et mangeårigt "kæledyrsprojekt" for Eden Figueroa, en fælles udpeget med Brookhavens CSI og Instrumentation Division og en professor i Stony Brook University, der leder dets Quantum Information Technology -gruppe. Han fungerer som ledende efterforsker af kvantnetværks -testbed -projektet.

"Demonstrationen har til formål at kombinere sammenfiltring med kompatible atomiske kvantehukommelser, "Sagde Figueroa." Vores kvantehukommelser har fordelen ved at fungere ved stuetemperatur frem for at kræve underfrysning af kulde. Dette gør det naturligt at udvide testen til principperne for kvanterepeatere, som er den teknologiske nøgle til at opnå kvantekommunikation over hundredvis af kilometer. "

Kvante netværk sender lysimpulser (fotoner) gennem fiberen, hvilket kræver, at lyset periodisk forstærkes, når det bevæger sig gennem linjerne. Imidlertid, i modsætning til digitale transmissioner i kommunikationsnetværk, kvanteindvikling er begrænset af dekoherens, hvor sammenfiltrede fotoner, for eksempel, vende tilbage til klassiske tilstande, fordi interaktioner med miljøet får dem til at miste evnen til at forblive indviklet. Dette begrænser disse skrøbelige kvantetilstande fra at blive sendt over store afstande.

Levedygtige kvante-repeatere vil gøre det muligt for Figueroa og hans team at opskalere deres igangværende eksperimenter inden for "lokalområder" kvante netværk til et distribueret, eller "bredt område, "version. I forventning om dette, holdet er ved at konstruere de nødvendige optiske forbindelser for at forbinde Brookhaven Labs kvantenetværk til dem, der allerede findes på Stony Brook og Yale universiteterne.

"Realisering af kvantenetværket med sammenfiltrede fotonkilder monteret i serverstativer, bærbare kvantehukommelser, og operative repeatere vil markere det første virkelige kvantekommunikationsnetværk i verden, der virkelig forbinder kvanteberegningsprocessorer og erindringer ved hjælp af fotonisk kvanteindvikling, "Figueroa sagde." Det vil markere en havændring i kommunikation, der kan påvirke verden. "