Onderzoekers van de Australian National University (ANU) hebben een grote sprong voorwaarts gemaakt om praktische bouwstenen te leveren voor een wereldwijd kwantuminternet. Het team, onder leiding van universitair hoofddocent Matthew Sellars, hebben aangetoond dat een met erbium gedoteerd kristal bij uitstek geschikt is om een ​​wereldwijd telecommunicatienetwerk mogelijk te maken dat gebruikmaakt van de vreemde eigenschappen van de kwantummechanica.

"De poging om een ​​kwantumcomputer te bouwen wordt vaak omschreven als de 'ruimtewedloop van de 21e eeuw', maar de computers van vandaag realiseerden hun volledige potentieel pas toen we internet hadden, " zei Sellars, Programmamanager in het Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) bij ANU. "We hebben aangetoond dat een met erbium gedoteerd kristal het perfecte materiaal is om de bouwstenen te vormen van een kwantuminternet dat het volledige potentieel van toekomstige kwantumcomputers zal ontsluiten. We hadden dit idee 10 jaar geleden, maar veel van onze collega's vertelden ons dat zo'n eenvoudig idee niet kon werken. Bij het zien van dit resultaat, het voelt geweldig om te weten dat onze aanpak de juiste was."

Het werk, gepubliceerd in Natuurfysica , laat zien hoe de opslagtijd van een telecom-compatibel kwantumgeheugen drastisch kan worden verbeterd, een cruciale uitdaging die onderzoekers wereldwijd is ontgaan.

"Een telecom-compatibel kwantumgeheugen is een essentieel onderdeel voor een praktisch kwantuminternet, " zei Dr. Rose Ahlefeldt, DECRA Fellow bij ANU en CQC2T.

"Herinneringen stellen ons in staat om kwantuminformatie te bufferen en te synchroniseren, operaties die nodig zijn voor kwantumcommunicatie op lange afstand. Momenteel, onderzoekers gebruiken herinneringen die niet werken op de juiste golflengte, en een ingewikkeld conversieproces van en naar de communicatiegolflengte moeten toepassen. Dit kan inefficiënt zijn, en betekent dat ze drie heel moeilijke dingen moeten doen in plaats van slechts één, " ze zei.

erbium, een zeldzame aarde-ion, heeft unieke kwantumeigenschappen zodat het in dezelfde band werkt als bestaande glasvezelnetwerken, het elimineren van de noodzaak van een conversieproces.

"Het unieke voordeel van onze technologie is dat deze in dezelfde 1550 nanometerband werkt als de huidige telecommunicatie-infrastructuur, waardoor het compatibel is met de glasvezelkabels in bestaande netwerken, " zei eerste auteur en promovendus Miloš Ranči?. "We hebben aangetoond dat erbiumionen in een kristal kwantuminformatie langer dan een seconde kunnen opslaan, dat is 10, 000 keer langer dan andere pogingen, en is lang genoeg om op een dag kwantuminformatie door een wereldwijd netwerk te sturen."

Sellars zei dat de nieuwe technologie ook kan worden gebruikt als een kwantumlichtbron of kan worden gebruikt als een optische link voor solid-state kwantumcomputers, door ze te verbinden met het kwantuminternet.

"Ons materiaal is niet alleen compatibel met bestaande glasvezel, maar dankzij zijn veelzijdigheid kan hij verbinding maken met vele soorten kwantumcomputers, waaronder de siliciumqubits van CQC2T, en supergeleidende qubits zoals die worden ontwikkeld door Google en IBM, "zei Sellars. "Dit resultaat is zo opwindend voor mij omdat het ons in staat stelt om veel van het principiële werk dat we hebben gedemonstreerd, om te zetten in praktische apparaten voor een volledig kwantuminternet."