שיא עולמי חדש בשזירה קוונטית: זכרונות זיכרון בסיב אופטי באורך 420 ק"מ

כיצד התבצע הניסוי

• שני זכרונות הזיכרון, המכונים אליס (Alice) ובוב (Bob), חוברו באמצעות סיב אופטי מלופף .
• גלאי מרכזי, צ'רלי (Charlie), ביצע מדידות בל (Bell-state measurements) על פוטונים שהגיעו משני הזכרונות, כדי לאשר את הצלחת השזירה .
• הצוות השתמש בפרוטוקול DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller) ליצירת שזירה מבוססת פוטון בודד — שיטה היוצרת שזירה הסתברותית על ידי זיהוי של פוטון אחד שנפלט מכל זכרון .

שלוש פריצות טכנולוגיות שאפשרו את המהפך

1. המרת אורך גל לתחום התקשורת (Telecom S-band) — הפוטונים הנפלטים מזכרונות הרובידיום הוסבו לפס ה-S (סביב 1.5 מיקרומטר) באמצעות המרת תדר קוונטית. פעולה זו מאפשרת שידור בסיב אופטי עם אובדן נמוך של כ-0.17 dB לק"מ בלבד .
2. מערכת ייצוב סיבים אקטיבית — מערכת משוב בזמן אמת פיצתה על תנודות פאזה בקווי הסיב הארוכים, תוך שמירה על נראות ההתאבכות (interference visibility) לאורך כל נתיב ה-420 ק"מ .
3. פרוטוקול DLCZ מבוסס פוטון בודד — בניגוד לשיטות הדורשות צירוף מקרים (coincidence) של שני פוטונים, הפרוטוקול מסתמך על גילוי פוטון בודד מכל צומת זכרון, מה שמשפר דרמטית את קצב יצירת השזירה במרחקים גדולים .

מעבר לחסם PLOB — הוכחה לעליונות הרשת המבוססת זכרונות

• חסם PLOB (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) הוא הגבול היסודי לקצב הפצת שזירה דרך ערוץ עם אובדנים, בהיעדר ממסרים קוונטיים (quantum repeaters) .
• הצוות הוכיח שקצב השזירה בין שני זכרונות הזיכרון עלה על חסם PLOB למרחקים הגדולים מ-230–320 ק"מ של סיב ישיר . משמעות הדבר: רשת קוונטית המבוססת על זכרונות זיכרון יכולה להשיג קצבי שזירה גבוהים יותר מכל קו סיב ישיר מעבר למרחק ההצטלבות הזה — הוכחה ניסויית ראשונה ליתרון השימוש בזכרונות זיכרון כצמתי ממסר קוונטיים .

משמעות לעתיד האינטרנט הקוונטי

• זו ההדגמה הניסויית הראשונה שרשת מבוססת זכרונות זיכרון יכולה לנצח את הגבול חסר-הממסרים היסודי (PLOB bound), ובכך לאמת את ההנחה המרכזית של ארכיטקטורות ממסר קוונטי (quantum repeaters) .
• ההישג מגשר על הפער מרשתות קוונטיות מטרופוליניות (עשרות ק"מ) לרשתות בין-עירוניות (מאות ק"מ), ומוכיח שניתן לשזר מידע קוונטי מאוחסן באופן אמין לאורך מרחקים המקשרים בין ערים .
• העבודה מניחה בסיס מעשי לבניית ממסרים קוונטיים מבוססי זכרונות זיכרון בסקלה רחבה, שיכולים להוות בעתיד את עמוד השדרה של אינטרנט קוונטי גלובלי, שיאפשר הפצת מפתחות קוונטית למרחקים ארוכים, מחשוב קוונטי מבוזר, ותקשורת קוונטית מאובטחת .