Kwantumgeheugens verstrengeld over 420 km: record sprong voor quantum-internet

Drie technische doorbraken die het mogelijk maakten

1. Conversie naar telecommunicatieband — Fotonen uitgezonden door de rubidiumgeheugens werden omgezet naar de telecom S-band (rond 1,5 μm) via kwantumfrequentieconversie, waardoor transmissie over glasvezel mogelijk werd met een verlies van slechts ~0,17 dB/km .
2. Actief glasvezelstabilisatiesysteem — Een real-time feedbacksysteem compenseerde fasefluctuaties in de lange glasvezelverbindingen, waardoor de interferentie-zichtbaarheid over het volledige 420 km-pad behouden bleef .
3. DLCZ enkel-foton verstrengelingsprotocol — In plaats van twee-foton coincidentie vertrouwde het schema op de detectie van één foton van elk geheugenknooppunt, wat de verstrengelingssnelheid over grote afstanden dramatisch verbeterde .

De PLOB-grens overschreden

• De PLOB-grens (Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) is de fundamentele limiet voor de snelheid van verstrengelingsdistributie via een verliesrijk kanaal zonder kwantumrepeaters .
• Het team toonde aan dat hun gemeten geheugen-geheugen verstrengelingskans de PLOB-grens overschreed voor afstanden groter dan ~230–320 km directe glasvezel . Dit betekent dat een geheugen-geassisteerd kwantumnetwerk hogere verstrengelingssnelheden kan bereiken dan elke directe glasvezelverbinding voorbij dat omslagpunt, waarmee het voordeel van kwantumgeheugens als repeaterknooppunten wordt bewezen .

Betekenis voor het toekomstige quantum-internet

• Dit is de eerste experimentele demonstratie dat een geheugen-gebaseerd kwantumnetwerk de fundamentele repeaterloze limiet kan verslaan, waarmee een kernvoorwaarde voor kwantumrepeaterarchitecturen wordt bevestigd .
• Het overbrugt de kloof van metropolitaanse schaal (tientallen km) naar intercity-schaal (honderden km) kwantumnetwerken, wat aantoont dat opgeslagen kwantuminformatie betrouwbaar kan worden verstrengeld over afstanden die steden verbinden .
• Het werk legt een praktische basis voor het bouwen van schaalbare, geheugen-gebaseerde kwantumrepeaters die ooit de ruggengraat van een wereldwijd quantum-internet kunnen vormen, met toepassingen zoals kwantumsleuteldistributie over lange afstand, gedistribueerd kwantumrekenen en veilige kwantumcommunicatie .