Projekt bringer kvanteinternet tættere på virkeligheden

Et forskningsresultat fra en amerikansk hær bringer kvanteinternet et skridt nærmere. Et sådant internet kan tilbyde den militære sikkerhed, sensing og tidtagningskapacitet ikke mulig med traditionelle netværksmetoder.

US Army's Combat Capability Development's Army Research Laboratory's Center for Distributed Quantum Information, finansieret og administreret af laboratoriets Army Research Office, så forskere ved universitetet i Innsbruck opnå rekord for overførsel af kvanteindvikling mellem stof og lys - en afstand på 50 kilometer ved hjælp af fiberoptiske kabler.

Forvikling er en sammenhæng, der kan skabes mellem kvanteenheder såsom qubits. Når to qubits er viklet ind, og der foretages en måling på en, det vil påvirke resultatet af en måling foretaget på den anden, selvom den anden qubit er fysisk langt væk.

"Denne [50 kilometer] er to størrelsesordener længere end tidligere var mulig og er en praktisk afstand til at begynde at bygge inter-city kvante netværk, "sagde Dr. Ben Lanyon, eksperimentel fysiker ved University of Innsbruck og hovedforsker for projektet, hvis fund er offentliggjort i Nature journal Quantum Information .

Intercity kvante netværk ville være sammensat af fjerne netværksnoder af fysiske qubits, som er, trods den store fysiske adskillelse, alligevel viklet ind. Denne fordeling af sammenfiltring er afgørende for etablering af et kvanteinternet, sagde forskere.

"Demonstrationen er et stort skridt fremad for at opnå storstilet distribueret sammenfiltring, sagde Dr. Sara Gamble, medleder af Army-programmet, der støtter forskningen. "Kvaliteten af ​​sammenfiltringen efter at have rejst gennem fiber er også høj nok i den anden ende til at opfylde nogle af kravene til nogle af de vanskeligste kvantenetværksapplikationer."

Forskergruppen startede eksperimentet med et calciumatom fanget i en ionfælde. Ved hjælp af laserstråler, forskerne skrev en kvantetilstand på ion og samtidig begejstrede den for at udsende en foton, hvor kvanteinformation lagres. Som resultat, atomets kvantetilstande og den lette partikel blev viklet ind.

Udfordringen er at transmittere foton over fiberoptiske kabler.

"Fotonen, der udsendes af calciumionen, har en bølgelængde på 854 nanometer og absorberes hurtigt af den optiske fiber, "Sagde Lanyon.

Hans team sendte derfor oprindeligt lyspartiklen gennem en ikke -lineær krystal oplyst af en stærk laser. Fotonbølgelængden blev konverteret til den optimale værdi for langdistancerejser-den nuværende telekommunikationsstandardbølgelængde på 1, 550 nanometer.

Forskerne sendte derefter denne foton gennem den 50 kilometer lange optiske fiberlinje. Deres målinger viser, at atom- og lyspartikler stadig var viklet ind selv efter bølgelængdeomdannelsen og tilbagelagt afstand.

"Valget om at bruge calcium betyder, at disse resultater også giver en direkte vej til at realisere et sammenfiltret netværk af atomure over en stor fysisk afstand, da calcium kan fanges sammen med en "ur" qubit af høj kvalitet. Storskala sammenfiltrede urnetværk er af stor interesse for hæren for præcisionsposition, navigation, og timing applikationer, "sagde Dr. Fredrik Fatemi, en hærforsker, der også er medledere af programmet.