Afgørende forbindelse til kvanteinternet lavet for første gang
Forskere har produceret, lagret og hentet kvanteinformation for første gang, et kritisk skridt i kvantenetværk.
Evnen til at dele kvanteinformation er afgørende for at udvikle kvantenetværk til distribueret databehandling og sikker kommunikation. Kvanteberegning vil være nyttig til at løse nogle vigtige typer problemer, såsom optimering af økonomiske risici, dekryptering af data, design af molekyler og undersøgelse af materialers egenskaber.
Denne udvikling bliver dog holdt op, fordi kvanteinformation kan gå tabt, når den transmitteres over lange afstande. En måde at overvinde denne barriere på er at opdele netværket i mindre segmenter og forbinde dem alle med en delt kvantetilstand.
For at gøre dette kræver det et middel til at lagre kvanteinformationen og hente den igen:det vil sige en kvantehukommelsesenhed. Dette skal "tale" til en anden enhed, der tillader skabelsen af kvanteinformation i første omgang.
For første gang har forskere skabt et sådant system, der forbinder disse to nøglekomponenter og bruger almindelige optiske fibre til at transmittere kvantedataene.
Bedriften blev opnået af forskere ved Imperial College London, University of Southampton og universiteterne i Stuttgart og Wurzburg i Tyskland, med resultaterne offentliggjort i Science Advances .
Medforfatter Dr. Sarah Thomas, fra Institut for Fysik ved Imperial College London, sagde:"At forbinde to nøgleenheder sammen er et afgørende skridt fremad for at tillade kvantenetværk, og vi er virkelig glade for at være det første hold, der har været i stand til at demonstrere dette."
Medforfatter Lukas Wagner, fra University of Stuttgart, tilføjede:"At tillade langdistanceplaceringer og endda kvantecomputere at forbinde er en kritisk opgave for fremtidige kvantenetværk."
Langdistancekommunikation
I almindelig telekommunikation – som internettet eller telefonlinjer – kan information gå tabt over store afstande. For at bekæmpe dette bruger disse systemer 'repeatere' på regelmæssige punkter, som læser og genforstærker signalet, hvilket sikrer, at det kommer intakt til sin destination.
Klassiske repeatere kan dog ikke bruges med kvanteinformation, da ethvert forsøg på at læse og kopiere informationen ville ødelægge den. Dette er en fordel på én måde, da kvanteforbindelser ikke kan 'tappes' uden at ødelægge informationen og advare brugerne. Det er dog en udfordring, der skal tackles for langdistance kvantenetværk.
En måde at overvinde dette problem på er at dele kvanteinformation i form af sammenfiltrede partikler af lys eller fotoner. Sammenfiltrede fotoner deler egenskaber på en sådan måde, at du ikke kan forstå den ene uden den anden. For at dele sammenfiltring over lange afstande på tværs af et kvantenetværk har du brug for to enheder:en til at skabe de sammenfiltrede fotoner og en til at gemme dem og tillade dem at blive hentet senere.
Der er adskillige enheder, der bruges til at skabe kvanteinformation i form af sammenfiltrede fotoner og til at gemme den, men både at generere disse fotoner efter behov og have en kompatibel kvantehukommelse, hvor de kan lagre dem, undgik forskere i lang tid.
Fotoner har visse bølgelængder (som i synligt lys skaber forskellige farver), men enheder til at skabe og gemme dem er ofte indstillet til at arbejde med forskellige bølgelængder, hvilket forhindrer dem i at interagere.
For at få enhederne til at interface, skabte teamet et system, hvor begge enheder brugte samme bølgelængde. En 'kvanteprik' producerede (ikke-sammenfiltrede) fotoner, som derefter blev sendt til et kvantehukommelsessystem, der lagrede fotonerne i en sky af rubidiumatomer. En laser tændte og slukkede hukommelsen, så fotonerne kunne lagres og frigives efter behov.
Ikke alene matchede bølgelængden af disse to enheder, men den er på samme bølgelængde som telekommunikationsnetværk, der bruges i dag – hvilket gør det muligt at transmittere dem med almindelige fiberoptiske kabler, der er kendte i hverdagens internetforbindelser.
Europæisk samarbejde
Kvantepunkt-lyskilden blev skabt af forskere ved University of Stuttgart med støtte fra University of Wurzburg og derefter bragt til Storbritannien for at interface med kvantehukommelsesenheden skabt af Imperial og Southampton-teamet. Systemet blev samlet i et kælderlaboratorium på Imperial College London.
Mens der er blevet skabt uafhængige kvanteprikker og kvantehukommelser, der er mere effektive end det nye system, er dette det første bevis på, at enheder kan fås til at interface ved telekommunikationsbølgelængder.
Holdet vil nu se på at forbedre systemet, herunder sikre, at alle fotoner produceres ved samme bølgelængde, forbedre, hvor længe fotonerne kan lagres, og gøre hele systemet mindre.
Som et bevis på konceptet er dette dog et vigtigt skridt fremad, siger medforfatter Dr. Patrick Ledingham fra University of Southampton. "Medlemmer af kvantesamfundet har aktivt forsøgt dette link i nogen tid. Dette inkluderer, at vi har prøvet dette eksperiment to gange før med forskellige hukommelses- og kvanteprikkerenheder, der går mere end fem år tilbage, hvilket blot viser, hvor svært det er at gøre. ."
"Denne gang var gennembruddet at indkalde eksperter til at udvikle og køre hver del af eksperimentet med specialudstyr og arbejde sammen om at synkronisere enhederne."
Flere oplysninger: Sarah E. Thomas et al., Deterministisk lagring og genfinding af telekommunikationslys fra en kvantepunkt-enkeltfotonkilde, der er forbundet med en atomisk kvantehukommelse, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi7346
Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt
Leveret af Imperial College London
Varme artikler
-
High-fidelity-simuleringer viser vejen til optimering af varmeoverførsel i nuværende og næste gen…Denne illustration set forfra viser mikroskala-mekanismerne i den strømningskogende ramme. Hver cirkel repræsenterer aftrykket af en boble på den opvarmede overflade, som er opdelt i et mikrolag og tø -
Et liv:Hawking trodsede ALS for at blive en fremtrædende fysikerI denne 25. februar, 2012 foto, Professor Stephen Hawking poserer ved siden af en lampe med titlen black hole light af opfinderen Mark Champkins, præsenteret for ham under sit besøg på Science Museu -
En vertikal matrix-røntgendetektor til multi-energi-diskriminationKredit:Jincong Pang, Shan Zhao, Xinyuan Du, Haodi Wu, Guangda Niu, Jiang Tang Der er tre typer kegleceller i nethinden, der kaldes L-kegler (følsomme over for rødt lys), M-kegler (følsomme over for -
Opdagelse af envejs-superlederen, menes at være umuligKunstnerindtryk af en superledende chip. Kredit:TU Delft Lektor Mazhar Ali og hans forskergruppe ved TU Delft har opdaget envejs-superledning uden magnetfelter, noget man troede var umuligt lige si