Test prototypu kwantowego internetu odbywa się pod Nowym Jorkiem przez pół miesiąca.

24 sierpnia 2024 funkcja

Ten artykuł został przeanalizowany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy podkreślili poniższe cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

• sprawdzane pod względem faktów
• publikacja z recenzją naukową
• zaufane źródło

przeczytane przez Davida Appell , Phys.org

Aby wprowadzić sieci kwantowe na rynek, inżynierom trzeba pokonać kruchość stanów splątanych w kablu światłowodowym i zagwarantować efektywność dostarczania sygnału. Teraz naukowcy z firmy Qunnect Inc. w Brooklynie, w stanie Nowy Jork, zrobili znaczny krok naprzód, uruchamiając taką sieć pod ulicami Nowego Jorku.

Pomimo wcześniejszych prób przesyłania splątanych fotonów, zbyt duże szumy i dryf polaryzacji w środowisku światłowodowym uniemożliwiały przetrwanie splątania, zwłaszcza w długoterminowej stabilnej sieci.

"To właśnie na nasz sposób działania wpływa," powiedział Mehdi Namazi, współzałożyciel i główny naukowy pracownik w Qunnect. Projekt, metody i wyniki pracy zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie PRX Quantum.

Do prototypowej sieci badawczej naukowcy z Qunnect użyli wynajętego 34-kilometrowego obwodu światłowodowego nazwanego pętlą GothamQ. Korzystając ze splątanych fotonów polaryzacyjnych, pracowali nad pętlą przez 15 ciągłych dni, osiągając czas pracy wynoszący 99,84% i dokładność skorygowania wynoszącą 99% dla par splątanych fotonów przesyłanych w tempie około 20 000 na sekundę. Przy pół miliona par splątanych fotonów na sekundę dokładność wynosiła wciąż niemal 90%.

Polaryzacja fotonu określa kierunek jego pola elektrycznego. (Może to być łatwiejsze do zrozumienia wizualizując fale świetlne.) Być może znasz zjawisko z okularów przeciwsłonecznych, które są filtrami pozwalającymi przechodzić światło z określonego kierunku polaryzacji, blokując inne, co pozwala zmniejszyć odblaski odbijające się od wody, śniegu i szkła, między innymi.

Splątane fotonu polaryzacyjne są przydatne, ponieważ są łatwe do stworzenia, proste do manipulowania (z pomocą filtrów polaryzacyjnych) oraz pomiaru.

Splątane fotonu polaryzacyjne zostały wykorzystane w ostatnich latach do budowy kwantowych wzmacniaczy sygnałowych na dużą skalę, rozproszonego komputingu kwantowego oraz rozproszonych sieci pomiarowych kwantowych.

Splątanie kwantowe, temat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 2022 roku, to osobliwe zjawisko kwantowe, w którym cząstki w stanie kwantowym mają połączenie, czasem na dużą odległość, tak, że pomiar jednej właściwości automatycznie określa właściwości innych z którymi są splątane.

W ich projekcie foton podczerwieni o długości fali 1 324 nanometry jest splątany z fotonem bliskiej podczerwieni o długości fali 795 nm. Ten drugi foton jest zgodny pod względem długości fali i pasma z atomowymi systemami z rubidu, takimi jak te wykorzystywane w pamięciach kwantowych i procesorach kwantowych. Stwierdzono, że dryf polaryzacji zależał zarówno od długości fali, jak i czasu, wymagając od Qunnect zaprojektowania i zbudowania urządzeń do aktywnej kompensacji przy tych samych długościach fal.

Aby wygenerować te splątane pary fotonów o dwóch kolorach, wprowadzone wiązki o określonych długościach fal zostały wysłane przez komórkę parową wzbogaconą rubidem-78, gdzie pobudzały atomy rubidu wewnątrz komórki, co powodowało, że elektron zewnętrzny przechodził dwa razy, z poziomu 5p do poziomu 6s.

Z tego podwójnie wzbudzonego stanu czasem emitowany był foton o długości fali 1 324 nm, a kolejny rozpad elektronu produkował kolejny foton, o długości fali 795 nm.

Wysłali splątane pary fotonów polaryzacyjnych o długości fali 1 324 nm w kwantowych nadstawieniach do światłowodu, jeden stan z obiema polaryzacjami poziomymi, a drugi z obiema pionowymi—konfiguracja dwóch kubitów bardziej ogólnie znana jako stan Bella. W takim nadstawieniu, kwantowo-mechaniczne pary fotonów są jednocześnie w obu stanach.

Jednakże, w kablach optycznych, takie systemy fotonów są bardziej podatne na zakłócenia ich polaryzacji przez wibracje, zgięcia oraz fluktuacje ciśnienia i temperatury w kablu, co może wymagać częstych ponownych kalibracji. Ponieważ tego typu zakłócenia są prawie niemożliwe do wykrycia, wyizolowania, a tym bardziej zniwelowania, zespół Qunnect zbudował zautomatyzowane urządzenia do kompensacji polaryzacji (APC), aby elektronicznie je skorygować.

Wysyłając klasyczne, a nie splątane, pary fotonów o długości fali 1 324 nm o znanych polaryzacjach w dół światłowodu, mogli zmierzyć, jak bardzo została zmieniona ich polaryzacja. Dryf polaryzacji został zmierzony dla czterech odległości transmisji: zero, 34, 69 i 102 km, wysyłając klasyczne fotony zero, raz, dwa lub trzy razy wokół metropolitalnego obwodu pod ulicami Brooklynu i Queens. Następnie użyli APC do skorygowania polaryzacji splątanych par.

Demonstracja pętli GothamQ firmy Qunnect była szczególnie godna uwagi ze względu na jej trwanie, niemyte ręce w czasie operacji oraz procent czasu działania. Wykazała, jak pisali, "postęp w kierunku w pełni zautomatyzowanej praktycznej sieci splątania", która jest wymagana do stworzenia kwantowego internetu. Namazi powiedział, że "od kiedy zakończyliśmy tę pracę, już zrobiliśmy wszystkie części zamocowane na stelażu, więc mogą być używane wszędzie" — sprzęt, który nazywają Qu-Val.

Więcej informacji: Alexander N. Craddock i in., Automated Distribution of Polarization-Entangled Photons Using Deployed New York City Fibers, PRX Quantum (2024). DOI: 10.1103/PRXQuantum.5.030330

Informacje o czasopiśmie: PX Quantum

© 2024 Science X Network