Entanglement sendte over 50 km optisk fiber

Kvanteinternettet lover absolut tryksikker kommunikation og kraftfulde distribuerede sensornetværk til ny videnskab og teknologi. Imidlertid, fordi kvanteinformation ikke kan kopieres, det er ikke muligt at sende disse oplysninger over et klassisk netværk. Kvantemateriale skal overføres af kvantepartikler, og der kræves specielle grænseflader til dette. Den Innsbruck-baserede eksperimentelle fysiker Ben Lanyon, som blev tildelt den østrigske START -pris i 2015 for sin forskning, undersøger disse vigtige skæringspunkter mellem et fremtidigt kvanteinternet.

Nu har hans team ved Institut for Eksperimentel Fysik ved University of Innsbruck og ved Institute of Quantum Optics and Quantum Information fra det østrigske videnskabsakademi opnået rekord for overførsel af kvantefiltring mellem stof og lys. For første gang, en strækning på 50 kilometer blev tilbagelagt med fiberoptiske kabler. "Dette er to størrelsesordener længere end det tidligere var muligt og er en praktisk afstand til at begynde at bygge inter-city kvantenetværk, " siger Ben Lanyon.

Konverteret foton til transmission

Lanyons hold startede eksperimentet med et calciumatom fanget i en ionfælde. Ved hjælp af laserstråler, forskerne skriver en kvantetilstand på ionen og exciterer den samtidig til at udsende en foton, hvori kvanteinformation er lagret. Som resultat, atomets kvantetilstande og den lette partikel er viklet ind. Men udfordringen er at sende fotonen over fiberoptiske kabler. "Fotonen, der udsendes af calciumionen, har en bølgelængde på 854 nanometer og absorberes hurtigt af den optiske fiber, " siger Ben Lanyon. Hans team sender derfor i første omgang lyspartiklen gennem en ikke-lineær krystal belyst af en stærk laser. Derved omdannes fotonbølgelængden til den optimale værdi for langdistancerejser:den nuværende telekommunikationsstandardbølgelængde på 1550 nanometer. Forskerne fra Innsbruck, send derefter denne foton gennem en 50 kilometer lang optisk fiberlinje. Deres målinger viser, at atom og lyspartikel stadig er viklet sammen selv efter bølgelængdekonverteringen og denne lange rejse.

Endnu større afstande i sigte

Som et næste trin, Lanyon og hans team viser, at deres metoder ville gøre det muligt at generere sammenfiltring mellem ioner 100 kilometer fra hinanden og mere. To knudepunkter sender hver en sammenfiltret foton over en afstand på 50 kilometer til et skæringspunkt, hvor lyspartiklerne måles på en sådan måde, at de mister deres sammenfiltring med ionerne, hvilket igen ville indvikle dem. Med 100-kilometers nodeafstand nu en mulighed, man kunne derfor forestille sig at bygge verdens første intercity-lys-stof kvantenetværk i de kommende år:Kun en håndfuld fangede ion-systemer ville være nødvendige på vejen for at etablere et kvanteinternet mellem Innsbruck og Wien, for eksempel.

Lanyons team er en del af Quantum Internet Alliance, et internationalt projekt inden for rammerne af Quantum Flagship i EU. De aktuelle resultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet Nature Kvanteinformation .