Nieuw record voor kwantumteleportatiesnelheid in stedelijke gebieden

Chinese onderzoekers hebben een kwantumverstrengelingssysteem ontwikkeld dat optische informatie verzendt met een snelheid van 7,1 qubits per seconde, langs een 64 kilometer lang glasvezelkanaal. Dit is een recordsnelheid voor een stedelijk gebied en een grote stap in de richting van een levensvatbaar kwantuminternet. Deze prestatie is onder meer het resultaat van experimenten met een hoogwaardige verstrengelde kwantumlichtbron.

Kwantumverstrengeling, of kwantumteleportatie, is een technologie voor kwantuminformatieoverdracht die bestaat uit het overbrengen van de kwantumtoestand van het ene systeem naar een ander vergelijkbaar, ver verwijderd systeem. Het fenomeen kwantumverstrengeling is gebaseerd op het feit dat twee kwantumdeeltjes een onzichtbare binding kunnen onderhouden en als één systeem kunnen functioneren, ongeacht de afstand die hen scheidt. Kwantificering en foutcorrectie worden naast het klassieke communicatiesysteem gebruikt om verstrengeling te wijzigen en informatieverlies te compenseren.

Sinds 1993 wordt kwantumteleportatie op veel gebieden toegepast en vormt het nu de kern van kwantumcommunicatietechnologieën. Tot de technieken die worden onderzocht behoren technieken die zijn gebaseerd op de kwantumoptica, waaronder systemen met continue of discrete variabelen. Het bereik van continu variabele systemen is echter beperkt tot een bereik van ongeveer tien kilometer vanwege hun gevoeligheid voor informatieverlies op kwantumkanaalniveau.

Systemen met discrete variabelen zouden het op hun beurt mogelijk maken om kwantumnetwerken over duizenden kilometers uit te breiden. Momenteel maakt vooruitgang in deze richting kwantumcommunicatie over een afstand van iets meer dan 1.000 kilometer mogelijk. Door bijvoorbeeld te vertrouwen op de Micius-satelliet in een lage baan om de aarde, konden onderzoekers onmiddellijk kwantuminformatie over een afstand van meer dan 1.200 kilometer verzenden. Ondanks deze ontwikkelingen blijven er echter aanzienlijke uitdagingen bestaan ​​met betrekking tot de middelen om informatie te verzenden met een frequentie in de orde van Hertz, wat noodzakelijk is voor echte toepassing op kwantuminternetnetwerken.

Onderzoekers van de Universiteit voor Elektronische Wetenschap en Technologie van China (UESTC) hebben een stap in deze richting gezet en voor het eerst kwantumteleportatie bereikt met een snelheid van 7,1 qubits per seconde (dat wil zeggen een frequentie van 7,1 Hz) in stedelijke gebieden. . ” Het demonstreren van supersnel kwantumtransport buiten het laboratorium brengt een aantal uitdagingen met zich mee. Dit experiment laat zien hoe deze uitdagingen kunnen worden overwonnen en is daarom een ​​belangrijke stap op weg naar het quantuminternet van de toekomst “, Hij legt uit De corresponderende auteur, Qiang Zhou, komt uit UESTC.

Overdrachtssnelheid van 7,1 qubits per seconde

Kwantumteleportatienetwerk, gepresenteerd in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift een licht
Wetenschap en toepassingenHet omvat drie knooppunten die met elkaar zijn verbonden via glasvezel. De eerste, Alice genaamd, bevindt zich in de netwerkschakelkamer, terwijl de andere twee (Bob en Charlie) in aparte laboratoria zijn geplaatst.

Om compatibel te zijn met deze architectuur moet de te teleporteren kwantumtoestand afkomstig zijn van een onafhankelijke bron van afzonderlijke fotonen. Om dit te doen fungeert Alice als zender van qubits via een zwak coherente bron van afzonderlijke fotonen. Vervolgens stuurt het het naar Charlie, 400 meter verderop, via een kwantumkanaal dat bestaat uit 22 kilometer glasvezel (2 kilometer verspreid in het veld en 20 kilometer gewikkeld in een spoel). Vervolgens deelt Bob (die een verstrengelingsbron bevat) op 210 meter afstand van Charlie een paar verstrengelde fotonische qubits met hem. Het vrije foton wordt via 22 kilometer extra glasvezel naar Charlie verzonden.

Het is belangrijk op te merken dat de belangrijkste uitdaging in een kwantumteleportatiesysteem het meten van de Bell-toestand (BSM) is, de toestand van maximale verstrengeling tussen twee deeltjes. Charlie voert deze meting uit tussen de door Alice en Bob verzonden qubits met behulp van een fiber beam splitter. Deze fotonen zouden in eerste instantie echter moeilijk te onderscheiden moeten zijn wanneer ze bij Charlie aankomen, om de efficiëntie van de BSM te verbeteren. Omdat informatie over grote afstanden wordt verzonden, introduceerden de onderzoekers een feedbacksysteem om snel verschillen in padlengte en fotonpolarisatie te stabiliseren.

Bovendien omvat de verstrengelingsbron van Pope een gemoduleerde massa van een periodiek gepolariseerde, spiraalvormige lithiumniobaatgolf. Dit maakt het mogelijk om hoogwaardige en snelle (7,1 qubits per seconde) verstrengelde kwantumbundel te genereren. Aan de andere kant vereist snelle kwantumteleportatie ultragevoelige fotonische sensoren. Om dit te doen, vertrouwden de onderzoekers op krachtige, supergeleidende nanodraaddetectoren met één foton.

De assemblage maakte het mogelijk om kwantuminformatieoverdracht uit te voeren met behulp van zeer efficiënte BSM-metingen. Bovendien bereikte de vermindering van transmissiefouten 66,7%, veel hoger dan eerdere prestaties. De onderzoekers zijn van plan het systeem binnenkort over grotere afstanden en voor meerdere gebruikers uit te breiden.

bron : Lichtwetenschap en haar toepassingen