Studiuesit arrijnë ruajtjen kuantike të fotoneve të ngatërruara në gjatësi vale të telekomit në një kristal

Teknologjitë kuantike aktualisht po piqen me një ritëm marramendës. Këto teknologji shfrytëzojnë parimet e mekanikës kuantike në sisteme të projektuara në mënyrë të përshtatshme, me perspektiva të shkëlqyera, si rritja e efikasitetit llogaritës ose siguria e komunikimit shumë përtej asaj që është e mundur me pajisjet e bazuara në teknologjitë e sotme ‘klasike’.

Ashtu si me pajisjet klasike, megjithatë, për të realizuar potencialin e tyre të plotë, pajisjet kuantike duhet të lidhen në rrjet. Në parim, kjo mund të bëhet duke përdorur rrjetet e fibrave optike të përdorura për telekomunikimet klasike. Por zbatimi praktik kërkon që informacioni i koduar në sistemet kuantike të mund të ruhet në mënyrë të besueshme në frekuencat e përdorura në rrjetet e telekomit – një aftësi që ende nuk është demonstruar plotësisht.

Duke shkruar në Nature Communications , grupi i Prof.

Pëlhura fizike e internetit është e thurur nga fibra optike. Fijet e qelqit që përbëjnë këto rrjete të mëdha janë jashtëzakonisht të pastra. Një shembull i zakonshëm është se ju mund të shihni qartë përmes një dritareje kilometër të trashë të bërë nga xhami i tillë. Megjithatë, disa humbje janë të pashmangshme dhe sinjalet optike që udhëtojnë nëpër rrjetet e telekomunikacionit duhet të ‘rifreskohen’ në intervale të rregullta pasi distancat kalojnë disa qindra kilometra.

Për sinjalet klasike, ekzistojnë teknika të mirëpërcaktuara dhe të përdorura në mënyrë rutinore të bazuara në amplifikimin e përsëritur të sinjalit. Megjithatë, për gjendjet kuantike të dritës, këto qasje të përdorura në mënyrë rutinore për fat të keq nuk janë të përshtatshme.

Pse “drita kuantike” është e ndryshme? Një përbërës kyç që i bën teknologjitë kuantike kaq të fuqishme është ngatërrimi kuantik , një gjendje në të cilën dy ose më shumë kuanta drite (ose fotone) ndajnë ndërmjet tyre korrelacione më të forta sesa është e mundur për dritën klasike. Në rigjenerimin konvencional të sinjalit optik, sinjali optik shndërrohet në një sinjal elektrik, i cili përforcohet përpara se të shndërrohet përsëri në impulse drite.

Megjithatë, fotonet e ngatërruara do të humbnin korrelacionet e tyre kuantike shumë të rëndësishme në një proces të tillë. I njëjti problem ndodh me metodat e tjera konvencionale.

Një zgjidhje është përdorimi i të ashtuquajturve përsëritës kuantikë. Me pak fjalë, përsëritësit kuantikë ruajnë gjendjen e ngatërruar të brishtë dhe e transformojnë atë në një gjendje tjetër kuantike që ndan ndërthurjen me nyjen tjetër poshtë vijës. Me fjalë të tjera, në vend të amplifikimit të sinjalit, nyjet ‘qepen së bashku’, duke shfrytëzuar vetitë e tyre unike kuantike. Në zemër të rrjeteve të tilla përsëritëse kuantike janë memoriet kuantike në të cilat mund të ruhen gjendjet kuantike të dritës.

Realizimi i këtyre kujtimeve me një kohë mjaftueshëm të gjatë ruajtjeje është një sfidë e jashtëzakonshme, veçanërisht për fotonet në gjatësi vale të telekomit (d.m.th., rreth 1,5 µm).

Prandaj eksitimi teksa Ming-Hao Jiang, Wenyi Xue dhe kolegët në grupin e Xiao-Song Ma raportojnë tani ruajtjen dhe rikthimin e gjendjes së ngatërruar të dy fotoneve të telekomit me një kohë ruajtjeje afër dy mikrosekonda. Kjo është pothuajse 400 herë më e gjatë se ajo që ishte demonstruar më parë në këtë fushë dhe, për rrjedhojë, është një hap vendimtar drejt pajisjeve praktike.

Kujtimet e zhvilluara nga Jiang, Xue et al. bazohen në kristalet ortosilikat të ittriumit (Y 2 SiO 5 ) të dopuara me jone të elementit të tokës së rrallë erbium. Këto jone kanë veti optike që janë pothuajse perfekte për t’u përdorur në rrjetet ekzistuese të fibrave, që përputhen me gjatësinë e valës prej rreth 1.5 μm.

Përshtatshmëria e joneve të erbiumit për ruajtjen kuantike është e njohur prej disa vitesh dhe fakti që ato janë të ngulitura në një kristal i bën ato veçanërisht tërheqëse për aplikime në shkallë të gjerë. Megjithatë, zbatimet praktike të memories kuantike të bazuara në erbium-jon rezultuan relativisht joefikase deri më tani, duke penguar përparimin e mëtejshëm drejt përsëritësve kuantikë.

Grupi i Ma-së tani ka bërë përparime të rëndësishme në përsosjen e teknikave dhe ka treguar se edhe pas ruajtjes së fotonit për 1936 nanosekonda, ngatërrimi i çiftit të fotonit është ruajtur. Kjo do të thotë që gjendja kuantike mund të manipulohet gjatë kësaj kohe, siç kërkohet në një përsëritës kuantik. Përveç kësaj, studiuesit kombinuan kujtesën e tyre kuantike me një burim të ri të fotoneve të ngatërruar në një çip të integruar.

Kjo aftësi e demonstruar për të gjeneruar fotone të ndërthurura me cilësi të lartë në frekuencat e telekomit dhe për të ruajtur gjendjen e ngatërruar, të gjitha në një platformë të ngurtë të përshtatshme për prodhim masiv me kosto të ulët, është emocionuese pasi krijon një bllok ndërtimi premtues që mund të kombinohet me ekzistuesin. rrjete me fibra në shkallë të gjerë—duke mundësuar kështu një internet kuantik të ardhshëm.