Kohti puolijohteisia kvanttitietoverkkoja

Laajamittainen ja täysin toimiva kvanttiverkko on kvantti-informaation tieteiden pyhä malja. Se avaa fysiikan uuden rajan, joka tarjoaa uusia mahdollisuuksia kvanttilaskentaan, viestintään ja metrologiaan.

Yksi merkittävimmistä haasteista on laajentaa kvanttiviestinnän etäisyyttä käytännössä hyödylliseen mittakaavaan.

Korkean suorituskyvyn kvanttiverkko vaatii erittäin pienihäviöisten kvanttikanavien ja kvanttimuistin lisäksi myös tehokkaita kvanttivalolähteitä.

Satelliittipohjaisessa kvanttiviestinnässä on saavutettu yli 1000 kilometrin siirtotie mutta ulkoavaruudessa siirtohäviö oli paljon pienempi kuin optisilla kuiduilla.

Kvanttikanavan lisäksi tärkeä pitkän matkan kvanttiviestinnän osa on kvanttivalolähde. Ihanteellinen ehdokas on yksittäisen fotoninen lähde, jolla tulisi olla korkea järjestelmätehokkuus (johon sisältyy generointi-, erotus- ja keräystehokkuus) ja korkea toistotaajuus.

Lisäksi sovelluksissa, kuten kvanttiteleportaatiossa, jotka vaativat riippumattomien fotonien interfereointia, yksittäisten fotonien tulisi olla toisistaan erottamattomia. Lisävaatimuksia ovat skaalautuva alusta, viritettävä ja kapeakaistainen linjaleveys (suotuisa ajalliseen synkronointiin) ja liitettävyys ainekubittien kanssa.

Yksi aihepiirin lupaava lähde on kvanttipisteet (QD) vaikka viimeisen kahden vuosikymmenen aikana kvantti-interferenssin näkyvyys itsenäisten kvanttipisteiden välillä on harvoin ylittänyt klassisen 50 prosentin rajan ja etäisyydet on rajoitettu muutamaan metriin tai kilometriin.

Kiinalais-saksalaisen tutkijaryhmä on nyt saavuttanut erittäin näkyvän kvantti-interferenssin kahden riippumattoman kvanttipisteen välillä, jotka on yhdistetty noin 300 kilometrillä optisia kuituja.

Koejärjestelmässä yksittäiset fotonit syntyivät resonanssiohjatuista yksittäisistä kvanttipisteistä, jotka on deterministisesti kytketty mikro-onteloihin. Kvanttitaajuusmuunnoksia käytetään eliminoimaan QD-epähomogeenisuus ja siirtämään emissioaallonpituutta tietoliikennekaistalle. Saavutettu interferenssinäkyvyys on jopa 93 %.

Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta (USTC) professori Chao-Yang Lun mukaan, "Toteutettavilla parannuksilla voidaan pidentää etäisyyttä edelleen ~ 600 kilometriin."

Lu huomauttaa: "Työmme hyppäsi aiemmista QD-pohjaisista kvanttikokeista asteikolla ~ 1 km - 300 km, kaksi suuruusluokkaa suurempi, ja avaa siten jännittävän mahdollisuuden solid-state-kvanttiverkkoihin."

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa

Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla

Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua