Fysikere ved universitetene i Innsbruck i Østerrike og Paris-Saclay i Frankrike har for første gang kombinert alle nøkkelfunksjonene til et langdistanse kvantenettverk til et enkelt system. I et proof-of-princip-eksperiment brukte de dette systemet til å overføre kvanteinformasjon via en såkalt repeater-node over en avstand på 50 kilometer – langt nok til å indikere at byggesteinene i praktiske, storskala kvantenettverk snart kan være innenfor rekkevidde.
Kvantenettverk har to grunnleggende komponenter: selve kvantesystemene, kjent som noder, og en eller flere pålitelige forbindelser mellom dem. Et slikt nettverk kan fungere ved å koble sammen kvantebitene (eller kvantebitene) til flere kvantedatamaskiner for å «dele belastningen» av komplekse kvanteberegninger. Den kan også brukes til supersikker kvantekommunikasjon.
Men å bygge et kvantenettverk er ingen enkel oppgave. Slike nettverk fungerer ofte ved å sende enkeltfotoner som er sammenfiltret; det vil si at dens kvantetilstand er nært knyttet til tilstanden til en annen kvantepartikkel. Dessverre går signalet fra et enkelt foton lett tapt over lange avstander. Bærere av kvanteinformasjon kan også miste sin kvantenatur i en prosess kjent som dekoherens. Det er derfor viktig å øke disse signalene.
Repetisjon uten å nøle eller avvike
Quantum repeatere kan gi denne boosten, men ikke på en enkel måte. Fordi reglene for kvantemekanikk begrenser kopieringen av sammenfiltrede tilstander, kan ikke repeatere bare kopiere signalet de mottar og sende det videre til neste node. I stedet må de lagre informasjon i et såkalt kvanteminne og deretter overføre den ved hjelp av en prosess kjent som en Bell state measurement (BSM).
En fullt kapabel kvanterepeater må også oppfylle visse praktiske krav. For det første må kvantesignalene være på bølgelengder som brukes i telekommunikasjon, slik at de kan overføres gjennom optiske fibre uten for mye tap. For det andre bør lagringstiden til kvanteminnet overstige tiden som trengs for å generere sammenfiltring. Til slutt bør hvert trinn i prosessen være deterministisk, noe som betyr at signaler må produseres etter hvert vellykket trinn.
Alt i ett
Det siste verket, som er beskrevet i Physical Review Letters, kombinerer alle tre praktiske kravene i et enkelt eksperiment. I den innledende hendelsesforløpet sender to fangede kalsiumioner ut hvert sitt foton, og danner to sammenfiltrede foton-ion-par. Her fungerer de fangede ionene som qubits, og deres kvantetilstander er fordelt over kvantenettverket. Fotonene i disse parene blir deretter konvertert til telekommunikasjonsbølgelengden på 1550 nm og sendt til to forskjellige noder via separate 25 km lange optiske fibre. Total avstand mellom noder er dermed 50 km.
Hver gang et av fotonene når sin utpekte node, blir tilstanden til det sammenfiltrede ionet lagret i ionens beskyttede minnetilstander. Systemet gjør deretter gjentatte forsøk på å sende et andre foton (sammenfiltret med det andre ionet) til den andre noden. Når fotoner er oppdaget ved begge noder, utfører eksperimentørene en BSM for å overføre ionetilstandene til deres respektive sammenfiltrede fotoner.
For å teste denne protokollen, gjentok forskerne den 44 720 ganger over en periode på 33 minutter, og registrerte 2053 suksesser i 2 229 883 forsøk på å vikle fotoner mellom de eksterne nodene. Det høres kanskje ikke ut som en høy suksessrate, men tilstedeværelsen av ioneminnene gjorde det 128 ganger mer sannsynlig å etablere sammenfiltring. Dette indikerer at ytterligere forbedringer kan være mulig, opp til grensen der begge detektorene kan detektere begge fotonene og bare begrenses av dekoherens i ionenes minnetilstander.
Utvide nettverket ytterligere
Forskerne modellerte også hvor langt metoden deres kunne skyves. Tatt i betraktning alle de forskjellige faktorene, viste de at et nettverk av 17 ionebaserte repeaternoder kunne etablere sammenfiltring mellom ioner 800 kilometer fra hverandre. Ifølge hovedforsker Ben Lanyon ved University of Innsbruck, planlegger medlemmer av teamet nå å vikle ut fibrene som for øyeblikket er i laboratoriene deres og sende sammenfiltring utenfor campus, inn i det eksisterende kommersielle optiske fibernettverket. "Vår visjon er å komme ut av laboratoriet og begynne å bygge kvantenettverk av materie og lys mellom byer og land," forteller han Fysikkens verden.
Nye kvanterepeatere kan muliggjøre et skalerbart kvanteinternett
Ronald Hanson, en fysiker ved QuTech i Nederland som ikke var involvert i arbeidet, beskriver resultatet som viktig fordi det kombinerer flere elementer som kreves for en kvanterepeater. Spesielt bemerker han at eksperimentet demonstrerer multi-qubit-operasjon inne i noden, effektive qubit-foton-grensesnitt og telekomkompatibilitet, med hvert element som arbeider med høy kvalitet for å gi en god total ytelse - den mest relevante metrikken. Mens et fullt fungerende kvanteinternett fortsatt er et stykke unna, mener Hanson at denne demonstrasjonen er et skritt mot funksjonelle kvanterepetere basert på fangede ioner.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- EVM Finans. Unified Interface for desentralisert økonomi. Tilgang her.
- Quantum Media Group. IR/PR forsterket. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/quantum-repeater-transmits-entanglement-over-50-kilometres/
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OPP
- 17
- 50
- 7
- a
- AC
- Ifølge
- Logg inn
- Etter
- Alle
- også
- an
- og
- En annen
- hverandre
- ER
- AREA
- rundt
- artist
- AS
- At
- forsøk
- Østerrike
- basert
- BE
- fordi
- mener
- Bell
- mellom
- Blocks
- Blå
- øke
- øke
- både
- Bygning
- men
- by
- Kalsium
- beregninger
- Campus
- CAN
- kan ikke
- stand
- bærere
- viss
- Byer
- tett
- kombinert
- skurtreskerne
- kommersiell
- kommunikasjon
- kompatibilitet
- komplekse
- overholde
- komponenter
- datamaskiner
- tilkoblet
- Tilkobling
- Tilkoblinger
- konvertert
- kopiering
- kunne
- land
- I dag
- demonstrerer
- beskrevet
- utpekt
- oppdaget
- forskjellig
- avstand
- distribueres
- hver enkelt
- lett
- lett
- effektiv
- elektrisitet
- element
- elementer
- muliggjøre
- nok
- avgjørende
- etablere
- etablere
- hendelser
- stige
- eksisterende
- eksperiment
- faktorer
- langt
- fidelity
- Endelig
- Først
- første gang
- Til
- Frankrike
- fra
- fullt
- funksjonelle
- funksjonalitet
- funksjon
- fundamental
- videre
- generere
- få
- Gi
- god
- Ha
- he
- Hjerte
- her.
- Høy
- Hvordan
- HTML
- HTTPS
- bilde
- viktig
- forbedringer
- in
- indikerer
- indikerer
- informasjon
- innledende
- i stedet
- grensesnitt
- Internet
- inn
- involvert
- utstedelse
- IT
- DET ER
- jpg
- nøkkel
- kjent
- lab
- Labs
- storskala
- siste
- føre
- lett
- i likhet med
- Sannsynlig
- BEGRENSE
- linjer
- knyttet
- Lang
- taper
- tap
- tapte
- laget
- GJØR AT
- Saken
- max bredde
- Kan..
- betyr
- måling
- mekanikk
- medlemmer
- Minner
- Minne
- metode
- metrisk
- kunne
- minutter
- mer
- mest
- mye
- flere
- må
- Natur
- Trenger
- nødvendig
- behov
- Nederland
- nettverk
- nettverk
- neste
- Nei.
- node
- noder
- Merknader
- nå
- of
- off
- ofte
- on
- gang
- ONE
- bare
- drift
- or
- Annen
- ut
- enn
- samlet
- par
- Spesielt
- passere
- Utfør
- ytelse
- perioden
- Fotoner
- Fysikk
- Fysikkens verden
- fly
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- mulig
- Praktisk
- tilstedeværelse
- prosess
- produsert
- beskyttet
- protokollen
- gi
- presset
- Quantum
- kvante datamaskiner
- kvanteinformasjon
- Quantum Internett
- Kvantemekanikk
- kvantenettverk
- kvantesystemer
- qubits
- Sats
- å nå
- Når
- motta
- Rød
- registrering
- relevant
- pålitelig
- fjernkontroll
- gjentatt
- representerer
- påkrevd
- Krav
- forsker
- forskere
- de
- begrense
- begrenset
- resultere
- anmeldelse
- regler
- s
- skalerbar
- Sekund
- send
- sendt
- separat
- Sequence
- flere
- bør
- viste
- Signal
- signaler
- ganske enkelt
- enkelt
- So
- noen
- snart
- Lyd
- Begynn
- Tilstand
- Stater
- Trinn
- Still
- lagring
- oppbevare
- lagret
- rett fram
- suksess
- vellykket
- vellykket
- slik
- system
- Systemer
- ta
- Oppgave
- lag
- telekom
- telekommunikasjon
- telekom
- forteller
- test
- Det
- De
- Området
- Nederland
- Staten
- deres
- Dem
- seg
- deretter
- derfor
- Disse
- de
- denne
- tre
- Gjennom
- thumbnail
- tid
- ganger
- til
- også
- Totalt
- mot
- overføre
- sant
- to
- dessverre
- universiteter
- universitet
- brukt
- ved hjelp av
- av
- syn
- var
- Vei..
- hvilken
- mens
- HVEM
- med
- innenfor
- uten
- Arbeid
- arbeid
- verden
- zephyrnet