(Yuichiro Chino/Moment/Getty Images) Wissenschaftlern ist es gelungen, zwei zu bekommen Quantenspeicher über 50 Kilometer (31 Meilen) Glasfaserkabel verwickelt, fast das 40-fache des bisherigen Rekords.
Diese Errungenschaft macht die Idee eines superschnellen, supersicheren Quanteninternets viel plausibler.
Quantenkommunikation beruht auf Quantenverschränkung oder das, was Einstein „spukhafte Fernwirkung“ nannte: zwei Teilchen werden untrennbar miteinander verbunden und voneinander abhängig, auch wenn sie sich nicht am selben Ort befinden.
Das Quantengedächtnis ist das Quantenäquivalent des klassischen Rechengedächtnisses – die Fähigkeit, Quanteninformationen zu speichern und für einen späteren Zeitpunkt aufzubewahren – und wenn wir so weit kommen Quantencomputer sind eigentlich pra Obwohl es praktisch und nützlich ist, ist es wichtig, diesen festen Speicher zum Laufen zu bringen.
„Die Hauptbedeutung dieses Papiers liegt in der Ausweitung der Verschränkungsentfernung in [optischen] Fasern zwischen Quantenspeichern auf die Stadtebene“, sagte Teamleiter Jian-Wei Pan von der Universität für Wissenschaft und Technologie Chinas. sagte der Australian Broadcasting Corporation .
Soweit Photonen-(Licht-)Teilchen Verstrickung Geht, wir haben es über Leerraum und Glasfasern geschafft Große Entfernungen in der Vergangenheit , aber das Hinzufügen von Quantenspeicher macht den Prozess viel komplizierter. Die Forscher schlagen vor, dass hierfür ein anderer Ansatz besser geeignet sein könnte: Atom-Photonen-Verschränkung über aufeinanderfolgende Knoten – wobei die Atome die Knoten sind und die Photonen die Nachrichten übermitteln.
Mit anderen Worten: Photonenverschränkung der besonderen Art, bei der der Mischung atomare Materie hinzugefügt wird, um zusätzliche Effizienz, Zuverlässigkeit und Stabilität zu erzielen.
Mit dem Recht Netzwerk von Knoten , könnte dies eine bessere Grundlage für das Quanteninternet bieten als rein Quantenverschränkung allein mit Photonen.
In diesem Experiment waren die beiden Speichereinheiten für den Quantenspeicher Rubidiumatome, die auf einen niedrigen Energiezustand heruntergekühlt wurden. Wenn sie mit verschränkten Photonen gekoppelt werden, werden sie jeweils Teil eines verschränkten Systems.
Leider ist das Risiko einer Störung dieses Systems umso größer, je größer die Entfernungen sind, die ein Photon zurücklegen muss, um sich zwischen Atomen zu bewegen. Deshalb ist dieser neue Rekord so beeindruckend.
Der Schlüssel zu der enormen Entfernungsverbesserung war eine Technik namens Cavity Enhancement, die den Photonenkopplungsverlust während der Verschränkung reduziert.
Vereinfacht ausgedrückt funktioniert dies, indem die Atome des Quantenspeichers in speziellen Ringen platziert werden. Dadurch wird zufälliges Rauschen reduziert, das den Speicher stören und zerstören könnte. Der Hohlraum hat den zusätzlichen Vorteil, dass er den Abruf der Quanteninformation verbessert.
Die gekoppelten Atome und Photonen, die durch die Hohlraumverstärkung erzeugt werden, bilden den Knoten. Und die Photonen wurden dann von den Wissenschaftlern in eine Frequenz umgewandelt, die für die Übertragung über Telekommunikationsnetze – in diesem Fall ein Telekommunikationsnetz von der Größe einer Stadt – geeignet ist.
Pans Team hat bereits zuvor einen Quantenverschränkungsrekord aufgestellt und verschränkte Photonen zwischen einem Satelliten und der Erde übertragen über eine Distanz von 1.200 km (750 Meilen) im Jahr 2017. Dieses Satellitensystem funktioniert im Weltraum gut, aber in der Erdatmosphäre mit all den Störungen können Glasfaserkabel den Signalverlust reduzieren.
In diesem Experiment befanden sich die Atomknoten im selben Labor, aber die Photonen mussten dennoch über mehr als 50 km lange Kabel wandern. Es gibt Herausforderungen, die Atome tatsächlich weiter zu trennen, aber der Beweis für das Konzept ist da.
„Trotz enormer Fortschritte beträgt der derzeit erreichte maximale physische Abstand zwischen zwei Knoten 1,3 Kilometer [0,8 Meilen], und bei größeren Entfernungen bleiben Herausforderungen bestehen“, erklären die Forscher in ihrem veröffentlichtes Papier .
„Unser Experiment könnte auf Knoten ausgeweitet werden, die physisch durch ähnliche Abstände voneinander getrennt sind, die somit ein funktionales Segment des atomaren Quantennetzwerks bilden würden und den Weg für die Etablierung einer atomaren Verschränkung über viele Knoten und über viel größere Entfernungen ebnen würden.“
Dann würde es richtig interessant werden. Während Quantenspeicher dem Computerspeicher in der klassischen Physik entsprechen könnten, sollte die Quantenversion viel mehr können – mehr Informationen schneller verarbeiten und Rätsel lösen, die über unsere aktuellen Computer hinausgehen.
Was die Übermittlung dieser Daten angeht, verspricht die Quantentechnologie, die Übertragungsgeschwindigkeit zu verbessern und die Datenübertragung mithilfe der Gesetze der Physik selbst zu sichern – vorausgesetzt, wir können sie über große Entfernungen zuverlässig zum Laufen bringen.
„Ein Quanteninternet, das entfernte Quantenprozessoren verbindet, sollte eine Reihe revolutionärer Anwendungen wie verteilte Anwendungen ermöglichen.“ Quanten-Computing ,‘ schreiben die Forscher in ihrem veröffentlichtes Papier . „Seine Realisierung wird auf der Verschränkung entfernter Quantenspeicher über große Entfernungen beruhen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .