Rekord synchronizacji laboratoriów oddalonych o 50 km. Kwantowy internet coraz bliżej?

Fizycy z Chicago zrobili pierwszy krok w kierunku stworzenia funkcjonalnych sieci kwantowych. Między dwoma laboratoriami oddalonymi od siebie o 50 km udało się osiągnąć rekordową synchronizację. Kwantowy internet nadchodzi?

Rewolucja kwantowa jest nam obiecywana na każdym kroku. Odmieni wszystko – od standardowych obliczeń komputerowych, przez szyfrowanie danych. Większość osób najwięcej może zyskać dzięki kwantowemu internetowi, który znacznie przyspieszy naszą konsumpcję treści, poprawiając jakość codziennego życia.

Czytaj też: Kwantowy internet coraz bliżej. Ważne osiągnięcie naukowców

Kwantowy internet wymaga opracowania funkcjonalnych komputerów kwantowych i połączenia ich światłowodami. Zespół naukowców z Illinois-Express Quantum Network (IEQNET) z powodzeniem wdrożył długodystansową sieć kwantową między dwoma laboratoriami Departamentu Energii USA (DOE). W skład IEQNET wchodzą Fermi National Accelerator Laboratory i Argonne National Laboratory.

Rekordowa synchronizacja

W ramach eksperymentu po raz pierwszy zakodowane fotony – cząstki, za pomocą których dostarczana jest informacja kwantowa – oraz klasyczne sygnały zostały jednocześnie dostarczone na odległość 50 km z niespotykanym dotąd poziomem synchronizacji.

Dwa krajowe laboratoria oddalone od siebie o 50 km, pracujące nad sieciami kwantowymi o tak szerokim zakresie możliwości technicznych i wiedzy, to nie jest trywialna sprawa. Do rozwiązania tego bardzo trudnego i złożonego problemu potrzebny jest zróżnicowany zespół.Panagiotis Spentzouris, kierownik programu Quantum Science Program w Fermilab

Naukowcy wykazali, że możliwe jest współistnienie sygnałów kwantowych i klasycznych w tym samym światłowodzie, osiągając rekordowy poziom synchronizacji. Aby uzyskać pary fotonów, które są ze sobą splątane – czyli mogą wpływać na siebie na odległość – badacze muszą generować zakodowane fotony w ogromnych ilościach. Wiedza o tym, które pary są splątane, jest kluczem do synchronizacji. Zespół wykorzystał podobne sygnały czasowe do zsynchronizowania zegarów w każdym miejscu docelowym (węźle) w sieci Fermilab-Argonne.

Wybór odpowiedniej długości fali dla sygnałów synchronizacji kwantowej i klasycznej jest bardzo ważny dla zminimalizowania zakłóceń, które wpłyną na informację kwantową. Analogicznie można by powiedzieć, że światłowód to droga, a długości fal to pasy ruchu. Foton to rowerzysta, a zegar to ciężarówka. Jeśli nie zachowamy ostrożności, ciężarówka może wjechać na pas dla rowerów. Przeprowadziliśmy więc wiele eksperymentów, aby upewnić się, że ciężarówka pozostanie na swoim pasie ruchu.Rajkumar Kettimuthu, informatyk z Argonne i członek zespołu projektowego

Sieć została zsynchronizowana tak dokładnie, że zarejestrowała jedynie 5-pikosekundową różnicę czasu w zegarach w każdym miejscu; jedna pikosekunda to jedna bilionowa część sekundy. Taka precyzja pozwoli naukowcom na dokładną identyfikację i manipulowanie splątanymi parami fotonów w celu wspierania operacji sieci kwantowych na dużych odległościach w warunkach rzeczywistych.

To pierwsza demonstracja w rzeczywistych warunkach, w której wykorzystano prawdziwy światłowód do osiągnięcia tego typu doskonałej dokładności synchronizacji i możliwości współistnienia z informacją kwantową. Ta rekordowa wydajność jest istotnym krokiem na drodze do budowy praktycznych wielowęzłowych sieci kwantowych.Panagiotis Spentzouris