Kiinalaisfyysikot mursivat kvanttilomittumisen etäisyysennätyksen: 420 kilometriä kuitua

Miten koe toimi?

Kokeen keskiössä oli kaksi rubidium-atomiryhmistä koostuvaa kvanttimuistia, joille annettiin nimet Alice ja Bob. Nämä muistit yhdistettiin toisiinsa kierretyllä optisella kuidulla . Keskusilmaisin, nimeltään Charlie, suoritti Bell-tilan mittauksia molemmista muisteista saapuville fotoneille, mikä vahvisti lomittumisen onnistuneen . Tutkijat käyttivät DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller) -yhden fotonin lomittumismenetelmää, jossa lomittuminen syntyy todennäköisyyspohjaisesti havaitsemalla yksi emittoitu fotoni .

Kolme teknistä läpimurtoa

1. Telecom-kaistan aallonpituusmuunnos: Rubidium-muisteista emittoidut fotonit muunnettiin telekommunikaation S-kaistalle (noin 1,5 μm) kvanttitaajuusmuunnoksen avulla. Tämä mahdollistaa fotonien etenemisen kuidussa vain noin 0,17 dB/km häviöllä .
2. Aktiivinen kuidun stabilointijärjestelmä: Reaaliaikainen takaisinkytkentäjärjestelmä kompensoi pitkissä kultuyhteyksissä syntyviä vaihevaihteluita ja ylläpiti interferenssinäkyvyyttä koko 420 kilometrin matkalla .
3. DLCZ-yhden fotonin lomittumisprotokolla: Toisin kuin kaksifotonimenetelmät, tämä protokolla perustuu vain yhden fotonin havaitsemiseen kustakin muistisolmusta, mikä paransi dramaattisesti lomittumisnopeutta pitkillä etäisyyksillä .

PLOB-rajan ylitys

PLOB-raja (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) on teoreettinen raja, joka määrittää maksiminopeuden, jolla lomittumista voidaan jakaa häviöllisen kanavan, kuten optisen kuidun, läpi ilman kvanttitoistimia . Tiimi osoitti, että heidän mittaamansa muisti-muisti -lomittumistodennäköisyys ylitti PLOB-rajan yli noin 230–320 kilometrin etäisyyksillä . Tämä tarkoittaa, että muistiavusteinen kvanttiverkko voi saavuttaa korkeampia lomittumisnopeuksia kuin mikään suora kultuyhteys tuon etäisyyden yli, mikä todistaa kvanttimuistien käytön hyödyn toistinsolmupisteinä .

Merkitys tulevaisuuden kvantti-internetille

• Tämä on ensimmäinen kokeellinen todiste siitä, että muistipohjainen kvanttiverkko voi päihittää teoreettisen, toistimettoman rajan. Se validoi kvanttitoistinarkkitehtuurien keskeisen lähtökohdan .
• Saavutus kuromaa umpeen kuilua kaupunkimittakaavan (kymmeniä kilometrejä) ja kaupunkienvälisen mittakaavan (satoja kilometrejä) kvanttiverkkojen välillä. Se osoittaa, että tallennettu kvantti-informaatio voidaan lomittaa luotettavasti kaupungit toisiinsa yhdistävillä etäisyyksillä .
• Työ luo käytännöllisen perustan skaalautuvien, muistipohjaisten kvanttitoistinten rakentamiselle, jotka voisivat tulevaisuudessa muodostaa maailmanlaajuisen kvantti-internetin selkärangan. Tämä mahdollistaisi pitkän matkan kvanttiavainjakelun, hajautetun kvanttilaskennan ja turvallisen kvanttiviestinnän .