انتقال درهم تنیدگی بین نور و ماده در شبکه شهری بارسلون

خلاصه خبر:

محققان در ICFO با موفقیت درهم تنیدگی ماده نور را بر روی یک فیبر نوری مستقر در یک منطقه شهری منتقل کردند که گامی مهم در جهت ساخت اینترنت کوانتومی است. آنها با استفاده از یک تکنیک، جفت فوتون های درهم تنیده را تولید کردند که یکی از فوتون ها در حافظه کوانتومی ذخیره شده و دیگری از طریق فیبرهای نوری ارسال شد. همبستگی های بسیار غیر کلاسیک بین فوتون های ذخیره شده و ارسالی حتی پس از 50 کیلومتر رفت و برگشت مشاهده گشت.در گام بعدی این سیستم بیشتر گسترش یافت تا شامل یک گره از راه دور باشد که انتقال اطلاعات دقیق را در فاصله 44 کیلومتری نشان میدهد. این دستاورد امکان سنجی ارتباطات کوانتومی از راه دور در کابل های فیبر نوری، حتی در محیط های پیچیده شهری را تایید میکند و راه را برای پیشرفت در فناوری‌های تکرارکننده کوانتومی هموار میکند.

توضیحات تکمیلی:

محققان مؤسسه علوم فوتونیک (ICFO) با انتقال موفقیت آمیز درهم تنیدگی ماده-نور بر روی یک فیبر نوری مستقر در یک منطقه شهری به نقطه عطف مهمی در توسعه اینترنت کوانتومی دست یافته اند. این پیشرفت ما را به تحقق یک شبکه کوانتومی کاملاً کاربردی نزدیک‌تر می‌کند که ارتباطات کوانتومی ایمن و تبادل اطلاعات کوانتومی را ممکن می‌سازد.

این تیم از تکنیک تبدیلی  به نام "spontaneous parametric down-conversion" برای تولید جفت فوتون های درهم تنیده استفاده کردند. یک فوتون در یک حافظه کوانتومی مبتنی بر اتم های کمیاب ذخیره شده بود، در حالی که دیگری از طریق فیبرهای نوری با طول های فزاینده، هم در آزمایشگاه و هم در یک حلقه فیبر مستقر در شبکه شهری بارسلون فرستاده شد.

به طور قابل توجهی، محققان همبستگی های بسیار غیر کلاسیک بین فوتون ذخیره شده و فوتون مخابراتی را حتی پس از طی مسافت 50 کیلومتری رفت و برگشت مشاهده کردند. این نشان داد که ماهیت کوانتومی فوتون های ارسالی بدون ناهمدوسی قابل توجهی دست نخورده باقی مانده است که امکان ارتباط کوانتومی از راه دور در کابل های فیبر نوری، حتی در محیط های پیچیده شهری را برجسته می کند.

برای تایید بیشتر سیستم خود، دانشمندان شبکه خود را گسترش دادند تا شامل یک گره اضافی واقع در 44 کیلومتری تنظیمات اولیه شود. محققان یک آشکارساز مخابراتی را در این مکان دورافتاده نصب کردند تا رسیدن فوتون‌های منتقل شده از طریق یک فیبر را اندازه‌گیری کنند، در حالی که فیبر دیگر به مبدلی متصل بود که سیگنال‌های الکتریکی را از آشکارساز به نور تبدیل می‌کرد و آن را از طریق فیبر نوری ارسال می‌کرد. این نمایش موفق، انتقال دقیق اطلاعات را در فاصله قابل توجهی ،با حفظ سطوح بالایی از دقت، به نمایش گذاشت.

این دستاورد نویدبخش تحقق یک گره تکرارکننده کوانتومی است، یک جزء حیاتی برای ارتباطات کوانتومی از راه دور. محققان به طور فعال با Cellnex همکاری می کنند و به یک آزمایشگاه جدید در برج Collserola دسترسی دارند تا توسعه حالت های درهم تنیده حافظه های کوانتومی راه دور را پیش ببرند.

این مطالعه پیشگامانه نه تنها نشان دهنده گامی مهم به سمت ایجاد یک اینترنت کوانتومی کاملاً کاربردی است، بلکه پتانسیل اجرای فناوری های تکرارکننده کوانتومی در منطقه بارسلون را نیز برجسته می کند. انتقال موفقیت آمیز درهم تنیدگی ماده نور بر روی فیبرهای مستقر در یک شبکه شهری، راه را برای پیشرفت های آینده در ارتباطات کوانتومی هموار می کند و پایه ای محکم برای شبکه های مبتنی بر فیبر در فواصل طولانی ایجاد می کند.

به طور کلی، این دستاورد نقطه عطف مهمی در توسعه زیرساخت اینترنت کوانتومی است و ما را به استفاده از قدرت ارتباطات کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند و راه را برای پیشرفت‌های متحول کننده در زمینه‌هایی مانند امنیت سایبری و محاسبات کوانتومی هموار می‌کند.

منبع

Jelena V. Rakonjac et al, Transmission of light-matter entanglement over a metropolitan network, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2304.05416