Pan Jianwei'nin ekibi uzun mesafeli kuantum belleğin 50 kilometreden fazla dolanmasını sağladı
Profesör Pan Jianwei
Pan Jianwei'nin Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki ekibi, uzun mesafeli kuantum belleğini 50 kilometrenin üzerinde başarıyla dolaştırdı.
Kuantum iletişimi kuantum dolanmasına dayanır, bu Einstein'ın "uzak hayalet davranışı" dediği şeydir: iki parçacık, aynı yerde olmasalar bile, ayrılmaz bir şekilde birbirine bağlı ve birbirine bağımlı hale gelir.
Uzak kuantum işlemcilere bağlanan kuantum ağları, dağıtılmış kuantum hesaplama gibi birçok devrim niteliğindeki uygulamayı etkinleştirebilir. Ancak bunun gerçekleşmesi, uzak kuantum belleğin uzun mesafeli dolanmasına bağlıdır. İlerlemeye rağmen, daha önce iki düğüm arasında ulaşılan maksimum kuantum bellek dolanma mesafesi 1.3 kilometredir ve uzun mesafeli zorluklar hala mevcuttur. Foton parçacıklarının dolanması söz konusu olduğunda, dolaşıklık, geçmişte boş uzayda ve optik liflerde nispeten büyük bir mesafede gerçekleştirildi, ancak kuantum belleğin eklenmesi işlemi daha karmaşık hale getirecek. Araştırmacılar, başka bir yöntemin daha iyi olabileceğine inanıyor: atomların düğüm olduğu ve fotonların bilgi ilettiği ardışık düğümlerde atom-foton dolanması. Başka bir deyişle, fotonlar, atomik maddenin karışıma ilave verimlilik, güvenilirlik ve kararlılık yaratmak için eklendiği yerde dolaşıktır. Doğru düğüm ağıyla, bu, kuantum İnternet için yalnızca fotonların kullanıldığı saf kuantum dolanmasından daha iyi bir temel sağlayabilir.
Uzaktan dolanma oluşturmanın şematik diyagramı
Pan Jianwei'nin ekibi, foton iletimini kullanarak iki atomik grubun birbirine dolanmasını başarıyla gerçekleştirdi. Atomların toplamı, atom-foton dolaşıklıklarını etkili bir şekilde oluşturmak için boşluk geliştirme teknolojisini kullanarak, kuantum durumlarını depolamak için bir kuantum bellek görevi görür. Araştırmacılar, tek foton girişimi ve dolanma yoluyla 50 kilometreden fazla uzak kuantum hafıza dolanmasını başardılar.
Atom-foton dolanmasının tomografisi
Bu deneyde, kuantum depolama için kullanılan iki depolama hücresi, düşük enerji durumuna soğutulan rubidyum atomlarıdır. Dolaşmış fotonlarla birleştiklerinde, her biri dolaşık bir sistemin parçası olurlar. Zorluk, bir fotonun atomlar arasında ne kadar uzun süre hareket etmesi gerekiyorsa, sisteme müdahale riski o kadar büyüktür, bu yüzden bu yeni kayıt çok etkileyici.
Mesafedeki büyük iyileşmenin anahtarı, dolanma sırasında fotonların birleştirme kaybını azaltan, boşluk geliştirme adı verilen bir tekniktir. Basitçe söylemek gerekirse, bu, kuantum depolama atomlarını özel halkalara yerleştirerek ve böylece depolamayı engelleyebilecek ve yok edebilecek rastgele gürültüyü azaltarak yapılır. Cavity, kuantum bilgi erişimini geliştirme ek avantajına sahiptir.
Kavite geliştirme ile üretilen bağlı atomlar ve fotonlar düğümler oluşturur. Daha sonra bilim adamları, fotonları telekomünikasyon ağı üzerinden iletime uygun bir frekansa çevirirler, bu durumda bu frekans şehir büyüklüğünde bir telekomünikasyon ağına eşdeğerdir.
Deney, atomik kuantum ağının işlevsel bir parçasını oluşturan, birçok düğümde ve daha uzun mesafelerde atomik dolanıklığın kurulmasına yol açan yakın fiziksel mesafelere sahip düğümlere genişletilebilir.
Dolaşıklık mesafesi kentsel ölçeğe genişletildi
Pan Jianwei şunları söyledi: "Bu araştırmanın ana önemi, kuantum hafızaları arasındaki (fiber) dolaşıklık mesafesini şehir ölçeğine genişletmektir."
Pan Jianwei'nin ekibi daha önce kuantum dolaşıklığı için bir rekor kırmıştı. 2017'de bilim adamları, uydu ile Dünya arasında 1.200 kilometre mesafedeki dolaşık fotonları iletti. Uydu sistemi uzayda iyi çalışır, ancak dünya atmosferinde bir miktar parazite maruz kalır ve fiber optik kablolar sinyal kaybını azaltabilir.
Kuantum belleği, klasik fizikte bilgisayar belleğine eşdeğer olsa da, kuantum sürümü daha fazlasını yapabilmelidir: daha fazla bilgiyi daha hızlı bir zamanda işlemek ve mevcut bilgisayarların dışındaki sorunları çözmek.
Veri iletimi söz konusu olduğunda, kuantum teknolojisinin, uzun mesafeli ve güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlayabildiğimiz sürece, veri iletiminin güvenliğini sağlamak için iletim hızını artırması ve fizik yasalarını kullanması bekleniyor.
Rapor, 12 Şubat'ta "Nature" bilimsel dergisinde yayınlandı.
