Новий рекорд квантової заплутаності: 420 км оптичного волокна

Як відбувався експеримент

• Дві квантові комірки пам'яті на основі ансамблів атомів рубідію, названі Аліса та Боб, були з'єднані між собою бухтами оптичного волокна .
• Центральний вузол-детектор, який назвали Чарлі, виконував вимірювання Белла над фотонами, що прибували від обох комірок, щоб підтвердити успішне встановлення заплутаності .
• Дослідники застосували схему DLCZ (Дуань-Лукін-Цірак-Цоллер), яка генерує заплутаність імовірнісно, використовуючи детектування лише одного випроміненого фотона .

Три технічні прориви, що зробили це можливим

1. Перетворення довжини хвилі в телекомунікаційний діапазон — фотони, випромінені рубідієвими комірками пам'яті, були перетворені на S-діапазон телекомунікаційних довжин хвиль (близько 1,5 мкм) за допомогою квантового перетворення частоти. Це дозволило передавати їх через волокно з втратами лише ~0,17 дБ/км .
2. Активна система стабілізації волокна — система зі зворотним зв'язком у реальному часі компенсувала фазові флуктуації в довгих волоконних лініях, підтримуючи видимість інтерференції на всьому шляху в 420 км .
3. Схема заплутаності DLCZ на одиночному фотоні — замість збігу двох фотонів, схема покладалася на детектування лише одного фотона від кожного вузла пам'яті, що значно підвищило швидкість генерації заплутаності на великих відстанях .

Перевищення межі PLOB

• Межа PLOB (Пірандола–Лауренца–Оттавіані–Банкі) — це фундаментальна межа швидкості розподілу заплутаності через канал із втратами за відсутності квантових повторювачів .
• Команда продемонструвала, що виміряна ймовірність заплутаності пам'яті перевищила межу PLOB для відстаней понад ~230–320 км прямого волокна . Це означає, що квантова мережа з використанням пам'яті може досягати вищої швидкості заплутаності, ніж будь-який прямий волоконний канал за цією критичною відстанню, доводячи перевагу квантової пам'яті як вузлів повторювачів .

Значення для майбутнього квантового інтернету

• Це перша експериментальна демонстрація того, що квантова мережа на основі пам'яті може перевершити фундаментальну межу систем без повторювачів, підтверджуючи ключову передумову архітектури квантових повторювачів .
• Результат долає розрив між міськими (десятки км) та міжміськими (сотні км) квантовими мережами, показуючи, що збережена квантова інформація може бути надійно заплутана на відстанях, які з'єднують цілі міста .
• Ця робота закладає практичну основу для створення масштабованих квантових повторювачів на основі пам'яті, які одного дня можуть стати хребтом глобального квантового інтернету, уможливлюючи розподіл квантових ключів на великі відстані, розподілені квантові обчислення та захищений квантовий зв'язок .