Quantum uhyggelig handling på afstand bliver praktisk

Et team fra Griffiths Center for Quantum Dynamics i Australien har demonstreret, hvordan man seriøst kan teste, om par fotoner - lyspartikler - viser Einsteins "uhyggelige handling på afstand", selv under ugunstige forhold, der efterligner dem uden for laboratoriet.

De demonstrerede, at effekten, også kendt som kvantelokalitet, kan stadig verificeres, selv når mange af fotonerne går tabt ved absorption eller spredning, når de bevæger sig fra kilde til destination gennem en optisk fiberkanal. Den eksperimentelle undersøgelse og teknikker er offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt .

Kvantelokalitet er vigtig i udviklingen af ​​nye globale kvanteinformationsnetværk, som vil have overførselssikkerhed garanteret af fysikkens love. Dette er de netværk, hvor kraftfulde kvantecomputere kan forbindes.

Fotoner kan bruges til at danne en kvanteforbindelse mellem to lokationer ved at lave et par fotoner, der er "sammenfiltrede" - så måling bestemmer egenskaberne af dets tvilling - og derefter sender en langs en kommunikationskanal.

Teamleder professor Geoff Pryde sagde, at et kvantelink skulle bestå en krævende test, der bekræftede tilstedeværelsen af ​​kvantelokalitet mellem partikler i hver ende.

"Manglende test betyder, at en aflytter kan infiltrere netværket, " han sagde.

"Når kvantekanalens længde vokser, mindre og mindre fotoner passerer med succes gennem linket, fordi intet materiale er helt gennemsigtigt, og absorption og spredning tager deres vej.

"Dette er et problem for eksisterende kvantelokalitetsverifikationsteknikker med fotoner. Hver mistet foton gør det lettere for aflytteren at bryde sikkerheden ved at efterligne sammenfiltring."

At udvikle en metode til at teste sammenfiltring i tilfælde af tab har været en enestående udfordring for det videnskabelige samfund i lang tid.

Teamet brugte en anden tilgang - kvanteteleportation - for at overvinde problemet med tabte fotoner.

Dr. Morgan Weston, første forfatter til undersøgelsen, sagde, at de valgte de få fotoner, der overlevede kanalen med meget tab og teleporterede de heldige fotoner til en anden ren og effektiv, kvantekanal.

"Der, den valgte verifikationstest kaldet kvantestyring, kunne gøres uden problemer, " hun sagde.

"Vores skema registrerer et ekstra signal, der lader os vide, om lyspartiklen har gjort det gennem transmissionskanalen. Det betyder, at de mislykkede distributionshændelser kan udelukkes på forhånd, tillader kommunikation at blive implementeret sikkert, selv i tilfælde af meget stort tab. "

Denne opgradering kommer ikke let - teleportationstrinnet kræver yderligere fotonpar af høj kvalitet alene. Disse ekstra fotonpar skal genereres og detekteres med ekstremt høj effektivitet, for at kompensere for effekten af ​​den tabende transmissionslinje.

Dette var muligt at opnå takket være den nyeste fotonkilde og detektionsteknologi, i fællesskab udviklet med US National Institute of Standards and Technology i Boulder, Colorado.

Selvom forsøget blev udført i laboratoriet, den testede kanaler med fotonabsorbering svarende til omkring 80 km optisk fiber til telekommunikation.

Teamet sigter mod at integrere deres metode i kvante netværk, der er under udvikling af Australian Research Council Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology, og test det under virkelige forhold.