Kinesiske forskere sætter kvanteindfiltringsrekord på 420 kilometer – et kæmpespring mod kvanteinternettet

Sådan fungerede eksperimentet

• To rubidiumatomare kvanteminder, kaldet Alice og Bob, blev forbundet med optisk fiber .
• En central detektionsnode, Charlie, udførte Bell-tilstandsmålinger på fotoner, der ankom fra begge minder, for at bekræfte indfiltringen .
• Holdet brugte DLCZ- (Duan-Lukin-Cirac-Zoller) enkeltfotonindfiltringsprotokollen, som genererer indfiltring probabilistisk ved at detektere en enkelt udsendt foton .

Tre tekniske fremskridt, der gjorde det muligt

1. Telekommunikationsbåndskonvertering – Fotoner fra rubidiumminderne blev konverteret til telekommunikationens S-bånd (ca. 1,5 μm) via kvantefrekvenskonvertering, hvilket muliggjorde transmission over fiber med et tab på kun ~0,17 dB/km .
2. Aktiv fiberstabilisering – Et realtidsfeedbacksystem kompenserede for fasefluktuationer i de lange fiberforbindelser og opretholdt interferenssynlighed over hele 420 km .
3. DLCZ-enkeltfotonprotokol – Ved kun at detektere én foton fra hvert minde i stedet for to, blev indfiltringshastigheden ved lange afstande dramatisk forbedret .

Overgået PLOB-grænsen

• PLOB-grænsen (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) er den fundamentale grænse for, hvor hurtigt indfiltring kan distribueres gennem en tabskanal uden kvantegentagere .
• Holdet viste, at den målte sandsynlighed for indfiltring oversteg PLOB-grænsen for afstande over ca. 230–320 km direkte fiber . Det betyder, at et netværk med kvanteminder kan opnå højere indfiltringsrater end enhver direkte fiberforbindelse ud over den afstand, hvilket beviser værdien af kvanteminder som gentagernoder .

Betydning for fremtidens kvanteinternet

• Dette er første gang, et hukommelsesbaseret kvantenetværk eksperimentelt har overgået den fundamentale gentagerløse grænse, hvilket validerer en central idé bag kvantegentagerarkitekturer .
• Det bygger bro fra bystørrelse (ti kilometer) til intercity-skala (hundreder af kilometer) og viser, at lagret kvanteinformation kan indfiltres pålideligt over afstande, der forbinder byer .
• Arbejdet lægger et praktisk fundament for skalerbare, hukommelsesbaserede kvantegentagere, der en dag kan danne rygraden i et globalt kvanteinternet med langdistancekvantenøgledistribution, distribueret kvantecomputing og sikker kvantekommunikation .