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

Een team aan de University of Science and Technology of China (USTC), onder leiding van Pan Jianwei, Bao Xiaohui en Zhang Qiang, heeft verstrengeling gerealiseerd tussen twee koude-atomen rubidium-kwantumgeheugens over 420 km optische glasvezel — een achtvoudige sprong ten opzichte van hun eigen record van 50 km in 2020. Het resultaat is in juli 2026 gepubliceerd als Editors' Suggestion in Physical Review Letters en staat ook op de arXiv-preprintserver (2504.05660) .

Hoe het experiment werkte

• Twee rubidium atomaire-ensemble kwantumgeheugens, genaamd Alice en Bob, waren verbonden door opgerolde glasvezel .
• Een centraal detectieknooppunt, Charlie, voerde Bell-state-metingen uit op fotonen die van beide geheugens arriveerden om succesvolle verstrengeling te bevestigen .
• Het team gebruikte het DLCZ (Duan-Lukin-Cirac-Zoller) enkel-foton verstrengelingsschema, dat probabilistisch verstrengeling genereert door één uitgezonden foton te detecteren .

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 .