Kvantti-internet saattaa olla lähempänä kuin luulemme

Bellin lause on ollut yli 60 vuoden ajan kultastandardi sen osoittamiseksi, että kvanttimekaniikka uhmaa klassisen fysiikan sääntöjä.

Nyt kansainvälinen tutkijaryhmä, johon kuuluu Constructor-yliopiston professori, tohtori Nicolas Gisin, on laajentanut tätä periaatetta uusiin rajoihin käyttämällä "eleganttia kolmiota" paljastaakseen uusia kvantti-epälokaalisuuden muotoja, joita esiintyy erityisesti monisolmuisissa kvanttiverkoissa.

Physical Review Letters -lehdessä julkaistu tutkimus avaa uuden rajan ymmärryksessämme siitä, miten kvanttikorrelaatiot käyttäytyvät realistisissa verkostoympäristöissä, ja se voi auttaa kvantti-internetin aikakaudella.

"Tämä ei ole pelkästään Bellin lauseen yksityiskohtaisempi versio sovellettuna verkkoihin, vaan se on jotain aidosti uutta, joka syntyy vasta, kun useat itsenäiset kvanttilähteet ovat vuorovaikutuksessa toisiinsa lomittuneiden mittausten kautta", selitti tohtori Gisin.

Bell-testeissä käytetään tyypillisesti yhtä toisiinsa lomittuneiden hiukkasten lähdettä, joka jaetaan kahdelle havainnoitsijalle, jotka valitsevat satunnaisesti suoritettavat mittaukset.

Mutta tohtori Gisinin ja kansainvälisten kollegoiden uusin koe vei epälokaalisuuden rajat uudelle monimutkaisuuden tasolle käyttämällä kolmea havainnoijaa, jotka oli järjestetty kolmioverkon solmuiksi. Jokainen solmu vastaanotti hiukkasia kahdesta kolmen riippumattoman lähteen kokoonpanosta ja suoritti saman kiinteän mittauksen – poistaen satunnaisen mittausvalinnan kokonaan.

Nämä näennäisen vaatimattomat muutokset tuovat mukanaan uuden syvällisen monimutkaisuuskerroksen, aivan kuin siirtymisen kaksiulotteisesta maailmasta kolmiulotteiseen. Yhden jaetun lähteen sijaan jokainen havaitsija mittasi hiukkasia kahdesta itsenäisestä lähteestä, mikä loi monimutkaisemman verkoston yhteyksistä.

Tulokset olivat silmiinpistäviä: Jopa tässä hajautetussa, monilähteisessä kokoonpanossa ilman satunnaisia mittauksia havaittiin kaikkien kolmen lähteen välillä korrelaatioita, jotka uhmaavat kaikkia klassisia fysiikan malleja. Tulokset osoittavat erillisen verkoston epälokaalisuuden muodon, jota kutsutaan "aidon kvanttiverkoston epälokaalisuudeksi". Se syntyy verkoston rakenteesta itsestään eikä sitä voida pelkistää standardiksi kahden hiukkasen Bell-skenaarioksi.

Tulokset viittaavat siihen, että kvantti-ei-lokaalisuus ei rajoitu idealisoituihin laboratorioympäristöihin, vaan ulottuu sellaisiin monimutkaisiin, realistisiin verkostorakenteisiin, jotka voisivat tukea tulevia kvanttiteknologioita. Tämä on erityisen tärkeää sellaisten laajamittaisten kvanttiverkkojen kehittämisessä, joiden tarkoituksena on yhdistää kvanttilaitteita etäisyyksien yli, ja joita usein kutsutaan "kvantti-internetiksi".

Aiheesta aiemmin:

Kvanttireleointi kvanttiteleportaatiolla

Optisesta kuidusta kvanttiverkon reititin

Multipleksattu lomittuminen kvanttiverkolle