Quantum internet bliver hybrid

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Natur , ICFO -forskere ledet af ICREA Prof. Hugues de Riedmatten rapporterer om et elementært "hybrid" kvantenetværksforbindelse og demonstrerer fotonisk kvantekommunikation mellem to forskellige kvanteknuder placeret i forskellige laboratorier, ved at bruge en enkelt foton som informationsbærer.

I dag, kvanteinformationsnetværk vokser op for at blive en forstyrrende teknologi, der vil give radikalt nye muligheder for informationsbehandling og kommunikation. Nyere forskning tyder på, at denne kvantenetværksrevolution kan være lige rundt om hjørnet.

Nøgleelementerne i et kvanteinformationsnetværk er informationsbehandlende kvanteknudepunkter, der består af materiesystemer som kolde atomgasser eller dopede faste stoffer, og kommunikerer partikler, hovedsageligt fotoner. Mens fotoner synes at være perfekte informationsbærere, der er stadig usikkerhed om, hvilket materiesystem der kan bruges som netværksknude, da hvert system giver forskellige funktionaliteter. Derfor, implementeringen af ​​et hybridnetværk er blevet foreslået, søger at kombinere de bedste muligheder i forskellige materialesystemer.

Tidligere undersøgelser har dokumenteret pålidelige overførsler af kvanteinformation mellem identiske noder, men det er første gang, dette nogensinde er opnået med et "hybrid" netværk af noder. ICFO-forskerne har udviklet en løsning og løst udfordringen med en pålidelig overførsel af kvantetilstande mellem forskellige kvanteknuder via enkeltfotoner. En enkelt foton skal interagere stærkt og i et støjfrit miljø med de heterogene knuder eller materiesystemer, som generelt fungerer ved forskellige bølgelængder og båndbredder. Som Nicolas Maring udtaler "det er som at have noder, der taler på to forskellige sprog. For at de kan kommunikere, det er nødvendigt at konvertere enkeltfotonens egenskaber, så det effektivt kan overføre al information mellem disse forskellige noder. "

Hvordan løste de problemet?

I deres undersøgelse, ICFO-forskerne brugte to meget forskellige kvanteknudepunkter:den emitterende knude var en laserkølet sky af Rubidium-atomer og den modtagende knude en krystal doteret med Praseodymium-ioner. Fra den kolde gas, de genererede en kvantebit (qubit) kodet i en enkelt foton med en meget snæver båndbredde og en bølgelængde på 780 nm. De konverterede derefter fotonet til bølgelængden på 1552 nm for at demonstrere, at dette netværk kunne være fuldstændigt kompatibelt med det aktuelle C-båndinterval i telekom. Efterfølgende, de sendte det gennem en optisk fiber fra det ene laboratorium til det andet. En gang i det andet laboratorium, fotonens bølgelængde blev konverteret til 606 nm for at interagere korrekt og overføre kvantetilstanden til den modtagende dopede krystalnode. Ved interaktion med krystallen, den fotoniske qubit blev lagret i krystallen i cirka 2,5 mikrosekunder og hentet med meget høj troværdighed.

Resultaterne af undersøgelsen viser, at to meget forskellige kvantesystemer kan forbindes og kommunikere ved hjælp af en enkelt foton. ICREA-professor ved ICFO Hugues de Riedmatten siger, "At være i stand til at forbinde kvanteknuder med meget forskellige funktionaliteter og muligheder og transmittere kvantebits ved hjælp af enkelte fotoner mellem dem repræsenterer en vigtig milepæl i udviklingen af ​​hybride kvantenetværk." Evnen til at udføre frem og tilbage-konvertering af fotoniske qubits ved tele-C-båndets bølgelængde viser, at disse systemer ville være fuldstændig kompatible med de nuværende telekommunikationsnetværk.

Fordele ved Quantum kontra klassiske informationsnetværk

World Wide Web blev udviklet i 1980'erne, med information, der strømmer gennem netværket ved hjælp af bits, der behandles og moduleres af elektroniske kredsløb og chips og transmitteres af lyspulser, der flytter information gennem netværket med minimale signaltab via optiske fibre.

I stedet for at bruge de klassiske bits, kvanteinformationsnetværk ville behandle og gemme kvanteinformation via kvantebits eller "qubits". Selvom bits kan være nuller eller ender, qubits findes i en superposition af disse to stater. I et kvante netværk, de genereres og behandles af kvantematerialesystemer, f.eks. kolde atomgasser, dopede faste stoffer eller andre systemer. I modsætning til klassiske netværk, kvanteinformation overføres mellem noderne ved hjælp af enkelte fotoner i stedet for stærke lysimpulser.

Kvanteinformationsnetværk (bestående af stofkvanteknudepunkter og kvantekommunikationskanaler) åbner en ny vej for forstyrrende teknologier, muliggøre, for eksempel, fuldstændig sikker dataoverførsel, forbedret databehandling via distribueret quantum computing eller avancerede ur -synkroniseringsapplikationer, blandt andre.