จีนทำลายสถิติโลก! ควอนตัมเอนแทงเกิลเม้นต์ระยะ 420 กม. ปูทางสู่อินเทอร์เน็ตควอนตัม

3 ความก้าวหน้าทางเทคนิคที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้

1. การแปลงความยาวคลื่นสู่ย่านโทรคมนาคม (Telecom-band wavelength conversion) — โฟตอนที่ปล่อยออกมาจากควอนตัมเมมโมรีรูบิเดียมจะถูกแปลงเป็นคลื่นความถี่ย่าน S-band (ประมาณ 1.5 ไมโครเมตร) ซึ่งเป็นย่านที่ใยแก้วนำแสงมีการสูญเสียต่ำมาก เพียง ~0.17 dB/km ทำให้สามารถส่งผ่านระยะไกลได้
2. ระบบปรับเสถียรภาพใยแก้วนำแสงแบบแอคทีฟ (Active fiber stabilization system) — ระบบป้อนกลับแบบเรียลไทม์ชดเชยความผันผวนของเฟสในเส้นใยแก้วนำแสง ทำให้การแทรกสอดของโฟตอนยังคงมีเสถียรภาพตลอดระยะทาง 420 กม.
3. โปรโตคอล DLCZ แบบโฟตอนเดี่ยว — แทนที่จะต้องรอให้โฟตอนสองตัวมาตรงกัน ทีมงานใช้การตรวจจับโฟตอนเพียงตัวเดียวจากแต่ละโหนด ซึ่งเพิ่มอัตราการสร้างควอนตัมเอนแทงเกิลเม้นต์ที่ระยะทางไกลได้อย่างมาก

ทะลุกำแพง PLOB Bound: ขีดจำกัดที่ไม่มีวันไปถึง

PLOB bound (ตั้งชื่อตาม Pirandola–Laurenza–Ottaviani–Banchi) คือขีดจำกัดทางทฤษฎีสำหรับอัตราการกระจายควอนตัมเอนแทงเกิลเม้นต์ผ่านช่องสัญญาณที่มีการสูญเสีย โดยที่ไม่มีควอนตัมรีพีทเตอร์ (quantum repeater) ช่วยเพิ่มสัญญาณ ข้อจำกัดนี้เปรียบเสมือน 'กำแพง' ที่บอกว่าต่อให้เทคโนโลยีดีแค่ไหน ก็ไม่สามารถส่งผ่านควอนตัมเอนแทงเกิลเม้นต์ให้เกินขีดนี้ได้ในการส่งตรง

ทีมวิจัยจาก USTC พิสูจน์ให้เห็นว่าความน่าจะเป็นในการเกิดควอนตัมเอนแทงเกิลเม้นต์ระหว่างควอนตัมเมมโมรีของพวกเขา สูงกว่าค่า PLOB bound ที่ระยะมากกว่า ~230–320 กิโลเมตร อย่างมีนัยสำคัญ นั่นหมายความว่า การใช้ควอนตัมเมมโมรีเป็นโหนดรีพีทเตอร์สามารถสร้างอัตราการส่งผ่านควอนตัมเอนแทงเกิลเม้นต์ที่สูงกว่าการส่งตรงผ่านใยแก้วนำแสงใดๆ ได้ นับเป็นครั้งแรกที่มีการพิสูจน์ในเชิงทดลองว่าควอนตัมเมมโมรีมีข้อได้เปรียบเหนือการส่งตรง

ความสำคัญต่ออนาคตของอินเทอร์เน็ตควอนตัม

• นี่คือ การทดลองครั้งแรกของโลก ที่แสดงให้เห็นว่าเครือข่ายควอนตัมแบบใช้หน่วยความจำสามารถเอาชนะขีดจำกัดแบบไร้รีพีทเตอร์ได้ ตอกย้ำแนวคิดพื้นฐานของสถาปัตยกรรมควอนตัมรีพีทเตอร์
• ความสำเร็จนี้เป็นการก้าวกระโดดจากเครือข่ายควอนตัม ระดับเมือง (metropolitan-scale) ที่ระยะ几十กิโลเมตร ไปสู่ ระดับระหว่างเมือง (intercity-scale) ที่ระยะหลายร้อยกิโลเมตร แสดงให้เห็นว่าข้อมูลควอนตัมที่ถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำสามารถถูกทำให้พัวพันกันได้อย่างน่าเชื่อถือในระยะที่เชื่อมต่อระหว่างเมือง
• งานวิจัยนี้วางรากฐานที่แข็งแกร่งสำหรับการสร้าง ควอนตัมรีพีทเตอร์แบบใช้หน่วยความจำที่สามารถขยายขนาดได้ ซึ่งในอนาคตอาจกลายเป็นโครงสร้างหลักของอินเทอร์เน็ตควอนตัมระดับโลก ที่จะช่วยให้เกิดการกระจายคีย์ควอนตัม การประมวลผลแบบกระจาย และการสื่อสารควอนตัมที่ปลอดภัยในระยะไกล