Natuurkundigen van de universiteiten van Innsbruck in Oostenrijk en Parijs-Saclay in Frankrijk hebben voor het eerst alle belangrijke functionaliteiten van een kwantumnetwerk over lange afstanden gecombineerd in één systeem. In een proof-of-principle-experiment gebruikten ze dit systeem om kwantuminformatie over een afstand van 50 kilometer over te dragen via een zogenaamd repeater-knooppunt – ver genoeg om aan te geven dat de bouwstenen van praktische, grootschalige kwantumnetwerken binnenkort wellicht beschikbaar zijn. binnen bereik.
Kwantumnetwerken bestaan uit twee fundamentele componenten: de kwantumsystemen zelf, bekend als knooppunten, en een of meer betrouwbare verbindingen daartussen. Zo’n netwerk zou kunnen werken door de kwantumbits (of qubits) van meerdere kwantumcomputers met elkaar te verbinden om zo ‘de last’ van complexe kwantumberekeningen te delen. Het zou ook kunnen worden gebruikt voor superveilige kwantumcommunicatie.
Maar het bouwen van een kwantumnetwerk is geen gemakkelijke taak. Dergelijke netwerken werken vaak door afzonderlijke fotonen uit te zenden die verstrengeld zijn; dat wil zeggen dat de kwantumtoestand ervan nauw verbonden is met de toestand van een ander kwantumdeeltje. Helaas gaat het signaal van een enkel foton gemakkelijk verloren over lange afstanden. Dragers van kwantuminformatie kunnen ook hun kwantumkarakter verliezen in een proces dat bekend staat als decoherentie. Het versterken van deze signalen is daarom essentieel.
Herhaling zonder aarzeling of afwijking
Kwantumrepeaters kunnen deze boost bieden, maar niet op een eenvoudige manier. Omdat de regels van de kwantummechanica het kopiëren van verstrengelde toestanden beperken, kunnen repeaters het signaal dat ze ontvangen niet zomaar kopiëren en doorgeven aan het volgende knooppunt. In plaats daarvan moeten ze informatie opslaan in een zogenaamd kwantumgeheugen en deze vervolgens overbrengen met behulp van een proces dat bekend staat als Bell State Measurement (BSM).
Een volledig capabele kwantumrepeater moet ook aan bepaalde praktische eisen voldoen. Ten eerste moeten de kwantumsignalen zich op golflengten bevinden die in de telecommunicatie worden gebruikt, zodat ze zonder al te veel verlies door optische vezels kunnen worden verzonden. Ten tweede zou de opslagtijd van het kwantumgeheugen groter moeten zijn dan de tijd die nodig is om verstrengeling te genereren. Ten slotte moet elke stap in het proces deterministisch zijn, wat betekent dat er na elke succesvolle stap signalen moeten worden geproduceerd.
Alle in een
Het nieuwste werk, dat wordt beschreven in Physical Review Letters, combineert alle drie de praktische vereisten in één experiment. In de eerste reeks gebeurtenissen zenden twee gevangen calciumionen elk een foton uit, waardoor twee verstrengelde foton-ionparen worden gevormd. Hier werken de gevangen ionen als qubits en worden hun kwantumtoestanden verdeeld over het kwantumnetwerk. De fotonen in deze paren worden vervolgens omgezet naar de telecomgolflengte van 1550 nm en via afzonderlijke 25 km lange optische vezels naar twee verschillende knooppunten gestuurd. De totale afstand tussen knooppunten bedraagt dus 50 km.
Telkens wanneer een van de fotonen het aangewezen knooppunt bereikt, wordt de toestand van het verstrengelde ion opgeslagen in de beschermde geheugentoestanden van het ion. Het systeem doet vervolgens herhaalde pogingen om een tweede foton (verstrengeld met het tweede ion) naar het andere knooppunt te sturen. Zodra fotonen op beide knooppunten zijn gedetecteerd, voeren de onderzoekers een BSM uit om de ionentoestanden over te dragen naar hun respectievelijke verstrengelde fotonen.
Om dit protocol te testen, herhaalden de onderzoekers het 44 keer gedurende een periode van 720 minuten, waarbij ze 33 successen registreerden in 2053 pogingen om fotonen tussen de afgelegen knooppunten te verstrengelen. Dat klinkt misschien niet als een hoog succespercentage, maar de aanwezigheid van de ionenherinneringen maakte het tot stand brengen van verstrengeling 2 keer waarschijnlijker. Dit geeft aan dat verdere verbeteringen mogelijk zijn, tot aan de limiet waarbij beide detectoren met succes beide fotonen detecteren en alleen worden beperkt door decoherentie in de geheugentoestanden van de ionen.
Het netwerk verder uitbreiden
De onderzoekers modelleerden ook hoe ver hun methode kon worden gepusht. Rekening houdend met alle verschillende factoren, toonden ze aan dat een netwerk van 17 op ionen gebaseerde repeaterknooppunten verstrengeling tussen ionen op 800 kilometer afstand van elkaar kon bewerkstelligen. Volgens hoofdonderzoeker Ben Lanjon van de Universiteit van Innsbruck zijn leden van het team nu van plan de vezels die zich momenteel in hun laboratoria bevinden, te ontrollen en verstrengeling buiten de campus naar het bestaande commerciële glasvezelnetwerk te sturen. “Onze visie is om uit het laboratorium te komen en te beginnen met het bouwen van kwantumnetwerken van materie en licht tussen steden en landen”, vertelt hij Natuurkunde wereld.
Nieuwe kwantumrepeaters kunnen een schaalbaar kwantuminternet mogelijk maken
Ronald Hanson, een natuurkundige bij QuTech in Nederland die niet bij het werk betrokken was, beschrijft het resultaat als belangrijk omdat het verschillende elementen combineert die nodig zijn voor een kwantumrepeater. Hij merkt in het bijzonder op dat het experiment multi-qubit-werking binnen het knooppunt, efficiënte qubit-foton-interfaces en telecom-compatibiliteit demonstreert, waarbij elk element met hoge betrouwbaarheid werkt om goede algehele prestaties te leveren – de meest relevante maatstaf. Hoewel een volledig functionerend kwantuminternet nog ver weg is, gelooft Hanson dat deze demonstratie een stap is in de richting van functionele kwantumrepeaters op basis van gevangen ionen.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- EVM Financiën. Uniforme interface voor gedecentraliseerde financiën. Toegang hier.
- Quantum Media Groep. IR/PR versterkt. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/quantum-repeater-transmits-entanglement-over-50-kilometres/
- :is
- :niet
- :waar
- $UP
- 17
- 50
- 7
- a
- AC
- Volgens
- Account
- Na
- Alles
- ook
- an
- en
- Nog een
- uit elkaar
- ZIJN
- GEBIED
- rond
- kunstenaar
- AS
- At
- pogingen
- Oostenrijk
- gebaseerde
- BE
- omdat
- gelooft
- Fietsbel
- tussen
- Blokken
- Blauw
- boost
- het stimuleren
- zowel
- Gebouw
- maar
- by
- Calcium
- berekeningen
- Campus
- CAN
- kan niet
- in staat
- carriers
- zeker
- Steden
- van nabij
- gecombineerde
- combines
- commercieel
- Communicatie
- verenigbaarheid
- complex
- voldoen
- componenten
- computers
- gekoppeld blijven
- Wij verbinden
- aansluitingen
- geconverteerd
- kopiëren
- kon
- landen
- Op dit moment
- demonstreert
- beschreven
- aangewezen
- gedetecteerd
- anders
- afstand
- verdeeld
- elk
- gemakkelijk
- En het is heel gemakkelijk
- doeltreffend
- elektriciteit
- element
- geeft je de mogelijkheid
- in staat stellen
- genoeg
- essentieel
- oprichten
- oprichting
- EVENTS
- overtreffen
- bestaand
- experiment
- factoren
- ver
- trouw
- Tot slot
- Voornaam*
- eerste keer
- Voor
- Frankrijk
- oppompen van
- geheel
- functioneel
- functionaliteiten
- functionerende
- fundamenteel
- verder
- voortbrengen
- krijgen
- Geven
- goed
- Hebben
- he
- Hart
- hier
- Hoge
- Hoe
- HTML
- HTTPS
- beeld
- belangrijk
- verbeteringen
- in
- aangeven
- geeft aan
- informatie
- eerste
- verkrijgen in plaats daarvan
- interfaces
- Internet
- in
- betrokken zijn
- kwestie
- IT
- HAAR
- jpg
- sleutel
- bekend
- laboratorium
- Labs
- grootschalig
- laatste
- leiden
- licht
- als
- Waarschijnlijk
- LIMIT
- lijnen
- gekoppeld
- lang
- verliezen
- uit
- verloren
- gemaakt
- MERKEN
- Materie
- max-width
- Mei..
- betekenis
- maat
- mechanica
- Leden
- Memories
- Geheugen
- methode
- metriek
- macht
- minuten
- meer
- meest
- veel
- meervoudig
- Dan moet je
- NATUUR
- Noodzaak
- nodig
- behoeften
- Nederland
- netwerk
- netwerken
- volgende
- geen
- knooppunt
- knooppunten
- Opmerkingen
- nu
- of
- korting
- vaak
- on
- eens
- EEN
- Slechts
- operatie
- or
- Overige
- uit
- over
- totaal
- paren
- bijzonder
- passeren
- Uitvoeren
- prestatie
- periode
- Fotonen
- Fysica
- Natuurkunde wereld
- plan
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- mogelijk
- PRAKTISCH
- aanwezigheid
- geproduceerd
- beschermd
- protocol
- zorgen voor
- geduwd
- Quantum
- quantum computers
- kwantuminformatie
- Kwantuminternet
- Kwantummechanica
- kwantumnetwerken
- kwantumsystemen
- qubits
- tarief
- bereiken
- Bereikt
- ontvangen
- Rood
- registreren
- relevante
- betrouwbaar
- vanop
- herhaald
- vertegenwoordigen
- nodig
- Voorwaarden
- onderzoeker
- onderzoekers
- degenen
- beperken
- begrensd
- resultaat
- beoordelen
- reglement
- s
- schaalbare
- Tweede
- sturen
- verzonden
- apart
- Volgorde
- verscheidene
- moet
- vertoonde
- Signaal
- signalen
- eenvoudigweg
- single
- So
- sommige
- binnenkort
- Geluid
- begin
- Land
- Staten
- Stap voor
- Still
- mediaopslag
- shop
- opgeslagen
- eenvoudig
- succes
- geslaagd
- Met goed gevolg
- dergelijk
- system
- Systems
- het nemen
- Taak
- team
- telecom
- telecommunicatie
- telecom
- vertelt
- proef
- dat
- De
- De omgeving
- de Nederland
- De Staat
- hun
- Ze
- zich
- harte
- daarom
- Deze
- ze
- dit
- drie
- Door
- thumbnail
- niet de tijd of
- keer
- naar
- ook
- Totaal
- in de richting van
- overdracht
- waar
- twee
- helaas
- Universiteiten
- universiteit-
- gebruikt
- gebruik
- via
- visie
- was
- Manier..
- welke
- en
- WIE
- Met
- binnen
- zonder
- Mijn werk
- werkzaam
- wereld
- zephyrnet