Atomin ja fotonin lomittuminen tie kvanttiverkostoitumiselle

Illinoisin Urbana-Champaignin yliopiston Grainger College of Engineeringin insinöörien kehittämä uusi alusta osoittaa ytterbium-171-atomiryhmän hyödyllisyyden kvanttiverkoissa.

Heidän työnsä on tärkeä askel kohti pitkän matkan kvanttiviestintää ja he ovatkin esitelleet skaalautuvan alustan kvanttiverkoille ytterbium-171-matriisin avulla.

Nature Physics -lehdessä julkaistu työ on merkittävä askel kohti suurempia kvanttiverkkoja ja sillä on lupaavia vaikutuksia modulaariseen kvanttilaskentaan.

Useimmat atomien kaltaisia kubitteja käyttävät verkot toimivat näkyvän tai lähes ultraviolettivalon aallonpituuksilla. Pitkän matkan tiedonsiirron mahdollistamiseksi ne on muunnettava hankalasti nykyisen tietoliikenteen aallonpituusalueelle.

Kyseisten hankaluuksien kiertämiseksi apulaisprofessori Jacob Coveyn laboratorion tutkijat kääntyivät ytterbium-171:n puoleen. Nyt käytettiin ensimmäistä kertaa näiden neutraalien atomien ryhmää atomi-fotoni-lomittumisen luomiseen tietoliikenteen aallonpituuksilla. Lisäksi ryhmän korkearesoluutioinen, tietoliikenneyhteensopiva ja rinnakkaistettava rajapinta säilytti tiettyjen kubittien välisen koherenssin, kun taas toisia käytettiin tietoliikennetehtäviin.

Ryhmän menetelmä edistää kvanttilaskennan ja kvanttiavusteisen metrologian tulevaisuutta. Alan olemassa oleva tutkimus on jo asettanut ytterbiumin optisissa hiloissa erinomaiseksi vaihtoehdoksi atomikelloille, jotka mittaavat aikaa seuraamalla atomien resonanssitaajuutta ja joita käytetään GPS:ssä ja satelliittinavigoinnissa.

Ytterbium-atomimatriisit ovatkin viime aikoina osoittaneet potentiaalia parantaa optisia atomikelloja niiden klassisten tarkkuusrajojen yli.

”Monet nykyisistä atomikelloistamme perustuvat useiden vuosikymmenten takaiseen teknologiaan”, sanoo tohtoriopiskelija Simon Hu. ”Seuraavan sukupolven optisiin taajuusstandardeihin perustuvat atomikellot todellakin parantavat niiden tarjoamaa tarkkuutta ja vakautta.

Mutta tällaisen todellisen kaupallisen atomikellon toteuttamiseksi on yhdistettävä eri atomikelloja ympäri maailmaa ja synkronoitava ne keskenään. Skaalautuva verkottuminen on keskeinen tekijä useiden atomikellojen yhdistämisessä, kuten olemme tässä osoittaneet.”

Aiheesta aiemmin:

Fotonisen lomittumisen reitittämisellä kohti kvantti-internettiä

Yksittäisfotonien teknologia tukee kvanttitietoliikenneverkkoa

Kun kubitit oppivat kuituoptiikan kielen