Čínští fyzikové vytvořili rekord v kvantovém provázání na vzdálenost 420 kilometrů optickým vláknem

Jak experiment fungoval

• Dvě kvantové paměti z atomových souborů rubidia, pojmenované Alice a Bob, byly spojeny navinutým optickým vláknem o délce 420 km .
• Centrální detekční uzel, nazvaný Charlie, prováděl Bellova měření na fotonech přicházejících z obou pamětí, čímž potvrdil úspěšné vytvoření provázání .
• Tým použil DLCZ protokol (Duan-Lukin-Cirac-Zoller), který generuje provázání pravděpodobnostně na základě detekce jediného emitovaného fotonu .

Tři technické inovace, které to umožnily

1. Převod na telekomunikační vlnovou délku – Fotony emitované z rubidiových pamětí byly pomocí kvantové frekvenční konverze převedeny na telekomunikační S-pásmo (kolem 1,5 μm). To umožnilo přenos vláknem s extrémně nízkou ztrátou pouhých ~0,17 dB/km .
2. Aktivní systém stabilizace vlákna – Systém zpětné vazby v reálném čase kompenzoval fázové fluktuace v dlouhých vláknech a udržoval stabilitu interference na celé trase 420 km .
3. DLCZ protokol s jedním fotonem – Namísto koincidence dvou fotonů se schéma spoléhalo na detekci jediného fotonu z každé paměti, což dramaticky zvýšilo rychlost generování provázání na velké vzdálenosti .

Překonání PLOB limitu

• PLOB limit (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) je fundamentální fyzikální hranice, která udává maximální možnou rychlost distribuce kvantového provázání přes ztrátový kanál bez použití kvantových opakovačů .
• Tým demonstroval, že jimi naměřená pravděpodobnost provázání pamětí překonala PLOB limit pro vzdálenosti větší než ~230–320 km přímého vlákna . To znamená, že síť s kvantovými pamětmi může dosáhnout vyšší rychlosti provázání než jakékoli přímé vlákno za touto hranicí, což dokazuje výhodu kvantových pamětí jako opakovačů .

Význam pro budoucí kvantový internet

• Jedná se o první experimentální demonstraci, že síť založená na kvantových pamětech může překonat fundamentální limit bez opakovačů, což potvrzuje klíčový předpoklad architektur kvantových opakovačů .
• Výsledek překlenuje propast mezi metropolitními sítěmi (desítky km) a meziměstskými sítěmi (stovky km) a ukazuje, že uložená kvantová informace může být spolehlivě provázána na vzdálenosti spojující celá města .
• Práce vytváří praktický základ pro budování škálovatelných kvantových opakovačů s pamětí, které by se jednoho dne mohly stát páteří globálního kvantového internetu, umožňujícího kvantovou distribuci klíčů na dlouhé vzdálenosti, distribuované kvantové výpočty a bezpečnou kvantovou komunikaci .