Forskere opnår vedvarende, high-fidelity kvanteteleportation

Et levedygtigt kvanteinternet - et netværk, hvor information, der er lagret i qubits, deles over lange afstande gennem sammenfiltring - ville transformere felterne for datalagring, præcisionsføling og databehandling, indleder en ny æra af kommunikation.

Denne måned, forskere ved Fermi National Accelerator Laboratory – et nationalt laboratorium fra US Department of Energy tilknyttet University of Chicago – tog sammen med partnere ved fem institutioner et væsentligt skridt i retning af at realisere et kvanteinternet.

I et papir offentliggjort i PRX Quantum, holdet præsenterer for første gang en demonstration af en vedvarende, langdistance-teleportering af qubits lavet af fotoner (lyspartikler) med en nøjagtighed på mere end 90 %.

Qubits blev teleporteret over et fiberoptisk netværk 27 miles (44 kilometer) langt ved hjælp af state-of-the-art enkelt-foton detektorer, samt hyldeudstyr.

"Vi er begejstrede for disse resultater, " sagde Fermilab videnskabsmand Panagiotis Spenzouris, leder af Fermilab kvantevidenskabsprogram og en af ​​avisens medforfattere. "Dette er en nøglepræstation på vejen til at opbygge en teknologi, der vil omdefinere, hvordan vi udfører global kommunikation."

Præstationen kommer blot et par måneder efter, at det amerikanske energiministerium afslørede sin plan for et nationalt kvanteinternet på en pressekonference på University of Chicago.

Sammenkædning af partikler

Kvanteteleportation er en "løsgjort" overførsel af kvantetilstande fra et sted til et andet. Kvanteteleporteringen af ​​en qubit opnås ved hjælp af kvanteforviklinger, hvor to eller flere partikler er uløseligt forbundet med hinanden. Hvis et sammenfiltret par partikler deles mellem to separate steder, uanset afstanden mellem dem, den kodede information teleporteres.

Det fælles team – forskere hos Fermilab, AT&T, Caltech, Harvard Universitet, NASA Jet Propulsion Laboratory og University of Calgary – med succes teleporterede qubits på to systemer:Caltech Quantum Network og Fermilab Quantum Network. Systemerne er designet, bygget, bestilt og implementeret af Caltechs offentlig-private forskningsprogram om intelligente kvantenetværk og teknologier, eller IN-Q-NET.

"Vi er meget stolte over at have opnået denne milepæl inden for bæredygtige, højtydende og skalerbare kvanteteleporteringssystemer, sagde Maria Spiropulu, Shang-Yi Ch'en professor i fysik ved Caltech og direktør for IN-Q-NET forskningsprogrammet. "Resultaterne vil blive yderligere forbedret med systemopgraderinger, som vi forventer at gennemføre i andet kvartal af 2021."

Både Caltech og Fermilab netværk, som har næsten selvstændig databehandling, er kompatible både med eksisterende telekommunikationsinfrastruktur og med nye kvantebehandlings- og lagerenheder. Forskere bruger dem til at forbedre troskaben og hastigheden af ​​sammenfiltringsfordeling, med vægt på komplekse kvantekommunikationsprotokoller og grundlæggende videnskab.

"Med denne demonstration begynder vi at lægge grundlaget for opførelsen af ​​et Chicago-områdets storbykvantenetværk, " sagde Spentzouris.

Chicagoland netværket, kaldet Illinois Express Quantum Network, er designet af Fermilab i samarbejde med Argonne National Laboratory, Caltech, Northwestern University og industripartnere.

"Den bedrift er et vidnesbyrd om succes med samarbejde på tværs af discipliner og institutioner, som driver så meget af det, vi udretter inden for videnskab, " sagde Fermilabs vicedirektør for forskning Joe Lykken. "Jeg roser IN-Q-NET-teamet og vores partnere i den akademiske verden og industrien for denne første præstation af sin slags inden for kvanteteleportering.