211service.com
Kvantesammenfiltring over 30 mil med fiber har brakt supersikkert internett nærmere
Et bilde av optisk fiber Pixabay
Albert Einstein ville ikke ha noe med det å gjøre: han hånet det merkelige konseptet med kvanteforviklinger som skummel handling på avstand. Men hundre år senere kunne Einsteins bugbear bidratt til å skape et sikrere internett, takket være den mest pålitelige teknikken til nå for å vikle inn noder langs milevis med fiberoptisk kabel.
Med sammenfiltring kan et objekt settes inn i en kvantesuperposisjon av flere tilstander - som Schrödingers katt, både levende og død på en gang - og den superposisjonen kan deles med et annet objekt. I teorien vil disse objektene opprettholde den forbindelsen selv når de er adskilt, slik at måling av den ene avslører tilstanden til den andre, uansett hvor langt unna.
Dette er ikke bare av interesse for kvantefysikere. Et kvanteinternett ville tillate ultrasikker kommunikasjon av sensitive meldinger. En teknikk er å kryptere et par digitale nøkler, en teknologi kjent som kvantenøkkeldistribusjon (QKD). Hvis to personer begge har disse nøklene, kan de snakke uten frykt for å bli snoket på, fordi en avlytter vil endre tilstanden til nøklene og bli funnet ut.
Men QKD er avhengig av å måle tilstanden til de kvantekrypterte nøklene, og siden den målingen kan påvirkes av forholdene i sende- og mottaksenhetene, må du kjenne deres eksakte fysiske forhold. Det kan være upraktisk, fordi selv små fysiske svingninger kan kaste ut målingene.
Det er grunnen til at særhetene ved kvanteforviklinger har blitt grepet for å danne grunnlaget for en enda bedre tilnærming. Entanglement er mye vanskeligere å løse, men i det lange løp kan det gi et mer nyttig kvanteinternett enn kvantenøkler. Ved å vikle noder på et nettverk, setter du opp en forbindelse mellom de sammenfiltrede partiklene som omgår enhetene selv, og unngår det urealistiske kravet om at du kjenner deres eksakte tilstand.
I hvert fall i prinsippet. I praksis krever sammenfiltring også ideelle forhold. Kvantesystemer er følsomme for de minste forstyrrelsene: En endring i temperaturen eller en liten bevegelse kan kaste alt av seg. Et banebrytende eksperiment i 2015 viste at kvanteforviklinger fungerte over en avstand på bare mindre enn 1,3 kilometer. I årene siden har forskere separert sammenfiltrede partikler ved å sende dem nedover optiske fibre og til og med opp til en satellitt og tilbake. Men påliteligheten har vært svært lav.
I en artikkel i Nature i dag beskriver Pan Jian-Wei ved University of Science and Technology of China, i Hefei, og hans kolleger et eksperiment der de demonstrerer sammenfiltring gjennom mer enn 30 miles med fiber kveilet i et laboratorium, med lavere overføringsfeil enn tidligere forsøk. Dette er en stor forbedring, sier Pan, som noen ganger kalles kvantes far.
Trikset var å finne effektive måter å vikle sammen to partikler. Teamet brukte et atom, som ble liggende, og et foton, som ble sendt nedover fiberen. De fant ut at de var i stand til å lage et sammenfiltret par noder mye mer pålitelig enn det som ble demonstrert i tidligere eksperimenter – inkludert den som satte milestandarden, som den slo med fem størrelsesordener.
Hvor stor avtale er dette resultatet? Det er fint, men ikke på langt nær så stort som det høres ut, sier Stephanie Wehner , en forsker ved QuTech, et forskningssenter for kvantedatabehandling og kvanteinternett i Delft i Nederland. Pans team brukte 30 miles med kveilet fiber, som fortsatt krever en imponerende grad av kontroll over hele systemet, men å demonstrere sammenfiltring mellom to noder på ett sted er mye enklere enn når de er faktisk 30 mil fra hverandre.
Men avstand er én ting. Pans team hevder også at oppsettet er mer pålitelig enn tidligere eksempler og dermed legger et bedre grunnlag for et faktisk kvanteinternett. Etter å ha demonstrert teknikkene med en kveilet fiber, tror han de lett kan utvide dem til å fungere i en rett linje. Metodene som er utviklet i dette arbeidet vil kunne brukes til å bygge kvantenettverk mellom byer i nær fremtid, sier han.