Jak tłumaczą naukowcy z Ludwig-Maximilians-Universitaet Muenchen (LMU), kwantowy internet oznaczałby całkowicie bezpieczną, odporną na włamania i podsłuchy komunikację. Takie sieci mają być możliwe do skonstruowania m.in. dzięki kwantowemu zjawisku, które nazywa się splątaniem.

W skrócie można powiedzieć, że jeśli weźmie się parę splątanych cząstek, pomiar stanu jednej z nich daje natychmiast informację o stanie drugiej, niezależnie od odległości, która je dzieli.

Badacze z LMU z kolegami z Universität des Saarlandes dokonali splątania kwantowych pamięci oddalonych o 33 km, komunikujących się przez światłowód. To rekordowa odległość splątania uzyskanego przez optyczne włókno. W wytworzonym splątaniu pośredniczą podróżujące włóknem fotony emitowane przez dwie kwantowe pamięci.

Oprócz rekordowej odległości sukces eksperymentu polega na wykorzystaniu częstotliwości światła typowej dla konwencjonalnej telekomunikacji.

„Dzięki temu udało nam się znacząco zmniejszyć utratę fotonów i utworzyć splątane pamięci kwantowe na dużym dystansie zachodzące poprzez przewód optyczny” - mówi prof. Harald Weinfurter z LMU.

Wcześniejsze kwantowe pamięci emitowały fotony odpowiadające światłu widzialnemu lub podczerwonemu, które w światłowodach szybko ginęły.

Jak wyjaśniają badacze, sieci kwantowe składają się z węzłów pojedynczych pamięci, a te mogą być zbudowane z atomów, jonów lub nieregularności w kryształach. Takie węzły przechowują, odbierają i wysyłają kwantowe stany. Połączenie między węzłami można uzyskać właśnie za pomocą wymienianych między nimi fotonów.

W eksperymencie badacze, jako węzły, wykorzystali atomy rubidu umieszczone w dwóch laboratoriach mieszczących się na terenie kampusu LMU. Laboratoria te oddalone są o 700 m, więc aby uzyskać większą odległość 33 km, naukowcy wykorzystali światłowód wielokrotnie zwinięty w kształt spirali.

Stworzona sieć działa tak, że laserowy impuls wzbudza atomy, które za jakiś czas spontaniczne wracają do pierwotnego stanu, przy czym każdy z nich emituje wtedy jeden foton. Przy tym jedna z właściwości atomu - jego spin - zostaje splątana z polaryzacją fotonu. Takie fotony następnie splątały emitujące je atomy.

„Znaczenie naszego eksperymentu polega na tym, że splątaliśmy dwie stacjonarne cząstki - atomy, które działają jako kwantowe pamięci - wyjaśnia Tim van Leent, główny autor pracy opublikowanej na łamach pisma „Nature”. - To dużo trudniejsze, niż splątanie fotonów, ale otwiera nowe, praktyczne możliwości” - dodaje.

Zdaniem badaczy ich dokonanie pomoże w opracowaniu złożonych kwantowych sieci i technik kwantowej telekomunikacji.

„Eksperyment ten to ważny krok w kierunku kwantowego internetu opartego na istniejącej już infrastrukturze optycznej” - podkreśla prof. Weinfurter.

Więcej informacji:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04764-4

autor: Marek Matacz

mat/ ekr/