Entanglement quantistico da record: memorie collegate via fibra ottica per 420 km

Tre innovazioni tecniche che lo hanno reso possibile

1. Conversione di frequenza nella banda telecom — I fotoni emessi dalle memorie al rubidio sono stati convertiti nella banda S delle telecomunicazioni (circa 1,5 μm) tramite conversione di frequenza quantistica, consentendo la trasmissione su fibra con una perdita di soli ~0,17 dB/km .
2. Sistema di stabilizzazione attiva della fibra — Un sistema di feedback in tempo reale ha compensato le fluttuazioni di fase nei lunghi collegamenti in fibra, mantenendo la visibilità dell'interferenza sull'intero percorso di 420 km .
3. Protocollo di entanglement DLCZ a singolo fotone — Invece di richiedere la coincidenza di due fotoni, lo schema si basa sul rilevamento di un singolo fotone da ciascun nodo di memoria, migliorando drasticamente il tasso di generazione dell'entanglement su lunghe distanze .

Superare il limite PLOB

• Il limite PLOB (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) è il limite fondamentale al tasso di distribuzione dell'entanglement attraverso un canale con perdita, in assenza di ripetitori quantistici .
• Il team ha dimostrato che la probabilità di entanglement misurata tra le memorie supera il limite PLOB per distanze superiori a ~230–320 km di fibra diretta . Ciò significa che una rete quantistica assistita da memoria può raggiungere tassi di entanglement superiori a qualsiasi collegamento in fibra diretta oltre quella distanza di crossover, dimostrando il vantaggio delle memorie quantistiche come nodi ripetitori .

Significato per la futura internet quantistica

• Questa è la prima dimostrazione sperimentale che una rete quantistica basata su memoria può battere il limite fondamentale senza ripetitori, convalidando un principio chiave delle architetture di ripetitori quantistici .
• Colma il divario dalle reti quantistiche a scala metropolitana (decine di km) a quelle a scala interurbana (centinaia di km), mostrando che l'informazione quantistica memorizzata può essere entangled in modo affidabile su distanze che collegano le città .
• Il lavoro getta le basi pratiche per la costruzione di ripetitori quantistici scalabili basati su memoria che potrebbero un giorno formare la spina dorsale di un'internet quantistica globale, abilitando la distribuzione quantistica di chiavi a lunga distanza, il calcolo quantistico distribuito e la comunicazione quantistica sicura .