Rekordno kvantno sprezanje atoma na 33 km

Mreža u kojoj je prijenos podataka potpuno siguran od hakerskih napada? Ako pitate fizičare, to bi trebalo postati stvarnost uz pomoć kvantno mehaničkog fenomena isprepletenosti ili sprezanja. Za zapletene čestice, ako mjerite svojstva stanja jedne čestice, automatski znate ona druge. Nije važno koliko su međusobno udaljeni zapleteni partneri a to je idealan preduvjet za siguran prijenos informacija na velike udaljenosti.

Tim predvođen fizičarima prof. Haraldom Weinfurterom s LMU-a i prof. Christophom Becherom sa Sveučilišta Saarland sada je spojio dvije atomske kvantne memorije putem veze od 33 kilometra optičkih vlakana. Ovo je do sada najveća udaljenost na kojoj je postignuto ispreplitanje pomoću telekomunikacijskog kabela. Kvantno-mehanička veza je posredovana preko fotona, koje dvije kvantne memorije emitiraju. Odlučujući faktor za uspjeh bio je taj što su istraživači pomaknuli valnu duljinu emitiranih svjetlosnih čestica na vrijednost koja se također koristi za konvencionalne telekomunikacije. "Na taj smo način uspjeli značajno smanjiti gubitak fotona i tako stvoriti zapletene kvantne memorije čak i na velikim udaljenostima od optičkih vlakana", kaže Weinfurter.

Općenito, kvantne mreže sastoje se od čvorova pojedinačnih kvantnih memorija poput atoma, iona ili defekata u kristalnim rešetkama. Ovi čvorovi mogu primati, pohranjivati ​​i slati kvantna stanja. Posredovanje između čvorova može se vršiti uz pomoć čestica svjetlosti, koje se izmjenjuju putem zraka ili ciljano preko optičke veze.

Za svoj eksperiment, istraživači su koristili sustav od dva optički zarobljena atoma rubidija u dva laboratorija na kampusu LMU. Dvije lokacije povezane su 700 metara dugim optičkim kabelom koji prolazi ispod Geschwister-Scholl Platza ispred glavne zgrade sveučilišta. Dodavanjem dodatnih vlakana na kalemove mogle su se ostvariti veze do 33 kilometra.

Laserski puls pobuđuje atome, nakon čega se oni spontano vraćaju u svoje osnovno stanje, pri čemu svaki emitira foton. Zbog očuvanja kutne količine gibanja, spin atoma je isprepleten s polarizacijom njegovog emitiranog fotona. Konačno, te se svjetlosne čestice mogu koristiti za kvantno-mehaničko spajanje dvaju atoma. Da bi to učinili, znanstvenici su ih poslali kroz optički kabel do prijemne stanice, gdje zajedničko mjerenje fotona signalizira isprepletenost kvantnih memorija.

Eksperiment je važan korak na putu prema kvantnom internetu koji se temelji na postojećim infrastrukturama optičkih vlakana.

Znanstveni rad objavljen u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.