Физики побили рекорд расстояния квантовой запутанности с помощью 420 километров оптического волокна
Поддержание отношений на расстоянии может быть трудным для людей, но еще труднее для запутанных состояний.
Чем длиннее волокно, тем труднее становится поддерживать связь между двумя квантовыми воспоминаниями.
Преодоление этой тирании расстояния было одной из главных проблем квантовой связи.
Но, возможно, не непреодолимой.
Команда физиков под руководством Си-Юя Луо, Чао-Ян Ван и Мин-Ян Чжэн из Китайского университета науки и технологий преодолели важный рубеж – установив самое длинное запутывание материи с помощью оптоволокна.
По оптическому волокну длиной 420 километров (261 миля) исследователи успешно запутали квантовые воспоминания – более чем в четыре раза дальше, чем предыдущие демонстрации, и за пределами точки, где прямая передача выходит за свои фундаментальные пределы.
» эксперимент представляет собой испытательную площадку для изучения приложений квантовых сетей за пределами мегаполиса», — пишут они в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
frameborder=»0″allow=»акселерометр; автозапуск; буфер обмена-писать; зашифрованные носители; гироскоп; картинка в картинке; web-share» Referrerpolicy=»strict-origin-when-cross-origin»allowfullscreen>Квантовая запутанность уже давно стала признанным искусством, но, вероятно, никогда не перестанет быть своего рода чудом.
Вы берете две или более частиц и соотносите их таким образом, что их свойства переплетаются. Измерьте одну, и вы сразу же узнаете соответствующие свойства другой, даже когда они разделены огромными расстояниями.
Физики описывают это как частицы, находящиеся в квантовом состоянии.
Во многих экспериментах по запутанности участвуют частицы света, или фотоны.
Однако будущему квантовому Интернету потребуется нечто более надежное, чем мимолетные фотоны: устройства, способные хранить квантовую информацию. В новой работе эти воспоминания состояли из облаков атомов рубидия, охлажденных лазером.
Система состояла из двух блоков памяти, содержащих такие облака, по прозвищу «Алиса и Боб», разделенных 420-километровым оптоволоконным кабелем.
В середине узел по имени Чарли принимает фотоны, излучаемые Алисой и Бобом.
Если Чарли обнаруживает правильную интерференционную картину от этих фотонов, это означает, что между Алисой и Бобом успешно достигнута запутанность, хотя на самом деле они никогда не встречаются.
Команда успешно продемонстрировала взаимодействие материи с материей. запутывание всего 420-километрового волокна.
Достижение основывалось на трёх ключевых методах. Ни один из них не был совершенно новым сам по себе, но исследователи объединили и усовершенствовали их таким образом, чтобы позволить всей системе работать на беспрецедентных расстояниях.
Первой проблемой было, конечно же, расстояние.
Квантовые воспоминания естественным образом излучают фотоны на длинах волн, которые оптические волокна поглощают относительно быстро. Чтобы предотвратить затухание сигнала, команда преобразовала эти фотоны в длины волн. используемые в телекоммуникационной отрасли, что позволило им перемещаться по оптоволокну с гораздо меньшими потерями при передаче.
Второй проблемой была уязвимость квантовых сигналов к внешним помехам. Даже незначительные изменения температуры и вибрации могут искажать квантовые помехи, необходимые для запутывания.
Поэтому исследователи разработали сложную систему стабилизации, которая постоянно корректирует эти колебания, сохраняя синхронизацию квантовых состояний по всей линии связи.
Наконец, они использовали схему однофотонной запутывания, для которой требуется только один. фотон, чтобы пережить путешествие, а не два.
«Более эффективный протокол квантового преобразования частоты помогает нам уменьшить потери в оптоволокне и увеличить дальность передачи», — объясняют исследователи в своей статье.
«Кроме того, мы используем новую схему стабилизации фазы, чтобы обеспечить реализацию эксперимента на основе однофотонной интерференции, который можно удобно применить к другим платформам».
В результате была скрыта еще одна веха.
Согласно В статье 2017 года, которая стала эталоном квантовой связи, существует предел того, сколько квантовой информации может быть передано через канал с потерями без использования повторителей или памяти.
Известный как PLOB-связь, он немного похож на попытку бросить бумажные самолетики через ветреное поле: чем дальше им придется путешествовать, тем меньше людей доберутся до места назначения.
В своей работе Луо и его коллеги показали, что за пределами расстояния в 320 километров их система добились успешного запутывания со скоростью выше, чем это было бы возможно при прямой передаче запутанности через то же оптическое волокно, в соответствии с ограничением PLOB.
Это не нарушение ограничения PLOB, а демонстрация того, что добавление квантовых сетей на основе памяти действительно может превзойти наилучшую возможную прямую оптоволоконную связь.
Связанный: физики нашли радикально новый способ Спутать свет и звук
Конечно, нам еще далеко до практического квантового Интернета.
Но запутанность между квантовыми воспоминаниями на больших расстояниях широко рассматривается как один из важнейших строительных блоков. Эта работа показывает, что этот строительный блок может функционировать на сотнях километров оптического волокна.
«Кроме того, наш эксперимент также демонстрирует возможность высокоскоростной генерации запутанности на более коротких расстояниях (~ 100 километров), что составляет значительный интерес для создания квантовых повторителей», — пишут исследователи.
«Объединив эту функцию с памятью, срок службы которой составляет менее секунды, на основе оптической решетки, можно использовать замену запутанности, чтобы обеспечить соединение многих таких удаленных сегментов запутанности».
Результаты будут опубликованы в Physical Review Letters.
