Die Verschränkung zweier Quantenspeichersysteme im Abstand von 12,5 km

Die Quantencomputertechnologie könnte gegenüber der klassischen Computertechnologie bemerkenswerte Vorteile haben, darunter eine höhere Geschwindigkeit und die Fähigkeit, komplexere Probleme anzugehen. In den letzten Jahren haben einige Forscher auch die mögliche Einrichtung eines „Quanteninternets“ untersucht, eines Netzwerks, das es Quantengeräten ermöglichen würde, Informationen auszutauschen, genau wie klassische Computergeräte heute Informationen austauschen.

Das Quanteninternet könnte faszinierende Möglichkeiten für zahlreiche Anwendungen der Quantentechnologie eröffnen. Beispielsweise könnte es sicherere Kommunikation, präzisere Fernerkundung und verteilte Quantencomputernetzwerke ermöglichen.

Forscher der University of Science and Technology of China und des Jinan Institute of Quantum Technology haben kürzlich die Quantenverschränkung zwischen zwei Speichergeräten demonstriert, die 12,5 km voneinander entfernt in einer städtischen Umgebung angeordnet sind. Ihre Arbeit, veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Überprüfungkönnte ein weiterer Schritt zur Entwicklung eines Quanteninternets sein.

„Im Jahr 2020 haben wir ein Papier veröffentlicht, in dem wir die Verschränkung von zwei Quantenspeichern über eine 50 km lange Glasfaserverbindung demonstrieren“, sagte Xiao-Hui Bao, einer der Forscher, die die Studie durchgeführt haben, gegenüber Phys.org. „In diesem Experiment befanden sich die beiden von uns verwendeten Erinnerungen in einem Labor und waren daher nicht vollständig unabhängig. Der nächste Schritt in unserer Forschung bestand darin, die beiden Erinnerungen vollständig unabhängig zu machen, während eine große Entfernung zwischen ihnen platziert wurde.“

In ihrem Experiment führten Bao und seine Kollegen zwei Quantenknoten an verschiedenen Orten in einer städtischen Umgebung ein und platzierten sie in einem Abstand von 12,5 km voneinander. Im ersten Knoten, Knoten A genannt, verschränkten sie ihren ersten Quantenspeicher mit einem einzelnen Photon. Dieses einzelne Photon wurde dann an Knoten B gesendet und im zweiten Quantenspeicher gespeichert.

„Auf diese Weise verschränken wir die beiden entfernten Quantenspeicher“, erklärt Bao. „Da das von unserem Speicher emittierte Photon im nahen Infrarot (795 nm) liegt und nicht für eine verlustarme Übertragung in Glasfaser geeignet ist, verwenden wir die Quantenfrequenzumwandlungstechnik, um die Wellenlänge des Photons stattdessen auf 1342 nm zu verschieben, was die Gesamtheit verbessert Übertragungseffizienz deutlich.“

Während einige frühere Studien Quantenverbindungen über große Entfernungen gezeigt hatten, betrafen sie hauptsächlich die Übertragung verschränkter Photonen. Andererseits stellten Bao und seine Kollegen eine Verschränkung zwischen zwei atombasierten Quantenspeichergeräten fest.

Dies könnte die Konnektivität zwischen mehreren verschiedenen Knoten ermöglichen, was eine Schlüsselvoraussetzung für den Aufbau zuverlässiger Quantencomputing-Netzwerke ist.

„Die wichtigste Errungenschaft unserer jüngsten Arbeit ist, dass wir die längste Distanz der Verschränkungsverteilung mit Quantenspeichern realisiert haben“, sagte Bao. „Eine solche Verschränkung ist die grundlegende Ressource zum Aufbau von Quantennetzwerken und Quantenrepeatern.“

Die jüngste Arbeit von Bao und seinen Kollegen ist ein bemerkenswerter Beitrag auf dem Forschungsgebiet, das sich auf die Einrichtung eines Quanteninternets konzentriert. Ihre Demonstration der Verschränkung zwischen zwei Quantenspeichersystemen in 12,5 km Entfernung könnte ein wichtiger Schritt sein, um eine sichere Quantenkommunikation über große Entfernungen zu ermöglichen.

„Im aktuellen Experiment wird die erzeugte Fernverschränkung noch nicht angekündigt, was seine weiteren Anwendungen einschränkt“, fügte Bao hinzu. „In naher Zukunft planen wir, eine angekündigte Version zu implementieren, während wir gleichzeitig planen, die Anzahl der Knoten zu erweitern.“

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