Kvanttiteleportaation esittely Internet-kaapeleissa

Northwestern Universityn insinöörit ovat ensimmäiset onnistuneesti osoittaneet kvanttiteleportaation valokuitukaapelilla, jossa kuljetetaan myös Internet-liikennettä.

Optica-lehdessä julkaistu löytö esittelee uuden mahdollisuuden yhdistää kvanttiviestintä olemassa olevien Internet-kaapeleiden kanssa - mikä yksinkertaistaa huomattavasti edistyneiden tunnistusteknologioiden tai kvanttilaskentasovellusten edellyttämää infrastruktuuria.

"Tämä on uskomattoman jännittävää, koska kukaan ei uskonut sen olevan mahdollista", sanoi Northwesternin Prem Kumar , joka johti tutkimusta. "Työmme näyttää tien kohti seuraavan sukupolven kvantti- ja klassisia verkkoja, jotka jakavat yhtenäisen valokuituinfrastruktuurin. Pohjimmiltaan se avaa oven kvanttiviestinnän nostamiseen seuraavalle tasolle."

Vain valonnopeuden rajoittama kvanttiteleportaatio mahdollistaa uuden, erittäin nopean ja turvallisen tavan jakaa informaatiota etäisten verkon käyttäjien välillä, jolloin välitöntä lähetyssiirtoa ei tarvita. Prosessi toimii hyödyntämällä kvanttilomittumista, jossa lomittuneet hiukkaset vaihtavat informaatiota pitkien etäisyyksien päähän – kantamatta sitä fyysisesti mukana.

"Optisessa viestinnässä kaikki signaalit muunnetaan valoksi", Kumar selitti. "Kun perinteiset signaalit klassiseen viestintään sisältävät tyypillisesti miljoonia valohiukkasia, kvantti-informaatio käyttää yksittäisiä fotoneja."

"Suorittamalla tuhoava mittaus kahdelle fotonille - toisessa on kvanttitila ja toinen lomittunut toiseen fotoniin - kvanttitila siirtyy jäljellä olevaan fotoniin, joka voi olla hyvin kaukana", sanoi tohtori Jordan Thomas. ”Fotonia itsessään ei tarvitse lähettää pitkiä matkoja, mutta sen tila päätyy silti koodatuksi kaukaiseen fotoniin. Teleportaatio mahdollistaa informaation vaihdon pitkien etäisyyksien päähän ilman, että informaatio itse kulkee kyseisen matkan.

Ennen Kumarin uutta tutkimusta monet tutkijat olivat epävarmoja siitä, oliko kvanttiteleportaatio mahdollista klassista viestintää kuljettavissa kaapeleissa. Lomittuneet fotonit hukkuisivat miljoonien muiden valohiukkasten joukkoon.

Kumar ja hänen tiiminsä löysivät kuitenkin tavan auttaa herkkiä fotoneja välttämään vilkasta liikennettä. Suoritettuaan perusteellisia tutkimuksia valon hajoamisesta valokuitukaapeleissa, tutkijat löysivät vähemmän tungosta valon aallonpituuden fotoniensa sijoittamiseen. Sitten he lisäsivät erityisiä suodattimia vähentämään normaalin Internet-liikenteen kohinaa.

Työssään tutkijat toteuttivat kvanttitilan siirron 30 km:n kuidulla, joka kuljettaa 400 Gbps:n C-kaistan klassista liikennettä ja Bell-tilamittauksella, joka tehtiin kuidun keskipisteessä. Havaittiin, että kvantti-informaatio siirrettiin onnistuneesti – jopa kiireisen Internet-liikenteen kulkiessa ohi.

"Vaikka monet ryhmät ovat tutkineet kvanttiviestinnän ja klassisen viestinnän rinnakkaiseloa kuiduissa, tämä työ on ensimmäinen, joka osoittaa kvanttiteleportaation tässä uudessa skenaariossa", Thomas sanoi. "Tämä kyky lähettää informaatiota ilman suoraa lähetystä avaa oven vieläkin edistyneemmille kvanttisovelluksille, jotka suoritetaan ilman erillistä kuitua."

Seuraavaksi Kumar aikoo laajentaa kokeita pidemmälle. Hän aikoo myös käyttää kahta paria kietoutuneita fotoneja - yhden parin sijasta - osoittamaan lomittumisen vaihtoa, joka on toinen tärkeä virstanpylväs, joka johtaa hajautettuihin kvanttisovelluksiin. Lopuksi hänen tiiminsä tutkii mahdollisuutta suorittaa kokeita todellisten maan sisäisten optisten kaapeleiden avulla laboratorion kelojen sijaan. Mutta vaikka työtä olisi enemmänkin, Kumar on optimistinen.

Aiheesta aiemmin:

Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota

Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista