Een onderzoeksresultaat van het Amerikaanse leger brengt het kwantuminternet een stap dichterbij. Zo'n internet zou de militaire veiligheid kunnen bieden, detectie- en tijdwaarnemingsmogelijkheden zijn niet mogelijk met traditionele netwerkbenaderingen.

Het Army Research Laboratory's Center for Distributed Quantum Information van het Amerikaanse leger, het Combat Capability Development, gefinancierd en beheerd door het legeronderzoeksbureau van het laboratorium, zagen onderzoekers van de Universiteit van Innsbruck een record bereiken voor de overdracht van kwantumverstrengeling tussen materie en licht - een afstand van 50 kilometer met behulp van glasvezelkabels.

Verstrengeling is een correlatie die kan worden gecreëerd tussen kwantumentiteiten zoals qubits. Wanneer twee qubits verstrengeld zijn en er een meting wordt gedaan op één, het zal de uitkomst van een meting aan de andere kant beïnvloeden, zelfs als die tweede qubit fysiek ver weg is.

"Deze [50 kilometer] is twee ordes van grootte verder dan voorheen mogelijk was en is een praktische afstand om interstedelijke kwantumnetwerken te gaan bouwen, " zei dr. Ben Lanyon, experimenteel fysicus aan de Universiteit van Innsbruck en de hoofdonderzoeker van het project, waarvan de bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Kwantuminformatie .

Intercity-kwantumnetwerken zouden bestaan ​​uit verre netwerkknooppunten van fysieke qubits, welke zijn, ondanks de grote fysieke scheiding, toch verstrikt. Deze verdeling van verstrengeling is essentieel voor het opzetten van een kwantuminternet, aldus onderzoekers.

"De demonstratie is een grote stap voorwaarts voor het bereiken van grootschalige gedistribueerde verstrengeling, " zei dr. Sara Gamble, co-manager van het legerprogramma ter ondersteuning van het onderzoek. "De kwaliteit van de verstrengeling na het reizen door glasvezel is aan de andere kant ook hoog genoeg om te voldoen aan enkele van de vereisten voor enkele van de moeilijkste kwantumnetwerktoepassingen."

Het onderzoeksteam begon het experiment met een calciumatoom gevangen in een ionenval. Met behulp van laserstralen, de onderzoekers schreven een kwantumtoestand op het ion en prikkelden het tegelijkertijd om een ​​foton uit te zenden waarin kwantuminformatie is opgeslagen. Als resultaat, de kwantumtoestanden van het atoom en het lichtdeeltje waren verstrengeld.

De uitdaging is om het foton over glasvezelkabels te sturen.

"Het foton dat door het calciumion wordt uitgezonden, heeft een golflengte van 854 nanometer en wordt snel geabsorbeerd door de optische vezel, ' zei Lanyon.

Zijn team stuurde het lichtdeeltje daarom aanvankelijk door een niet-lineair kristal verlicht door een sterke laser. De fotongolflengte werd omgezet in de optimale waarde voor reizen over lange afstanden - de huidige standaardgolflengte voor telecommunicatie van 1, 550 nanometer.

De onderzoekers stuurden dit foton vervolgens door de 50 kilometer lange glasvezellijn. Hun metingen laten zien dat atoom- en lichtdeeltjes nog steeds met elkaar verstrengeld waren, zelfs na de golflengteconversie en de afgelegde afstand.

"De keuze om calcium te gebruiken betekent dat deze resultaten ook een directe weg bieden naar het realiseren van een verstrengeld netwerk van atoomklokken over een grote fysieke afstand, omdat calcium kan worden opgevangen met een "klok"-qubit van hoge kwaliteit. Grootschalige verstrengelde kloknetwerken zijn van groot belang voor het leger voor nauwkeurige positiebepaling, navigatie, en timing toepassingen, " zei Dr. Fredrik Fatemi, een legeronderzoeker die ook het programma mede beheert.