Dowiadujemy się tego z artykułu zamieszczonego w Physical Review Letters. Eksperyment stanowi owoc prac zespołu z University of Science and Technology of China w Hefei. Jego członkowie wykorzystali dwa magazyny kwantowe zawierające chmury schłodzonych laserowo atomów rubidu. Urządzenia, określane w eksperymencie jako Alice i Bob, połączono za pomocą światłowodu o łącznej długości 420 kilometrów. Warto jednak zaznaczyć, że nie oznacza to, iż oba urządzenia znajdowały się fizycznie w dwóch miastach oddalonych o 420 kilometrów. Większość wykorzystanego światłowodu była zwinięta na szpulach w laboratorium, a część trasy przebiegała przez istniejącą infrastrukturę światłowodową.
Czytaj też: Jeden atom grubości nie wystarcza. Chiny zrobiły grafen mający zmienić świat
Samo splątanie kwantowe jest jednym z najbardziej niezwykłych zjawisk współczesnej fizyki. Mówił o nim już Albert Einstein. Na czym polega? Mówiąc krótko, dwa układy mogą zostać połączone w taki sposób, że ich stany kwantowe pozostają ze sobą powiązane, nawet gdy będą od siebie znacznie oddalone. W praktycznych zastosowaniach problemem jest jednak utrzymanie tego delikatnego stanu na dużych odległościach. Każdy kilometr światłowodu oznacza dodatkowe straty sygnału, dlatego bez odpowiednich technologii bezpośrednia transmisja informacji kwantowej szybko staje się niewykonalna.
Chińscy naukowcy wykorzystali w tym celu pamięci kwantowe. Są one szczególnie istotne z punktu widzenia przyszłego internetu kwantowego, ponieważ pozwalają zarówno przesyłać informacje zapisane w stanie kwantowym, jak i je przechowywać. W eksperymencie pamięć stanowiły chmury atomów rubidu, a za generowanie splątania odpowiadał schemat Duana-Lukina-Ciraca-Zollera, znany jako DLCZ.
Pierwszoplanowym elementem układu okazał się trzeci węzeł, nazwany Charlie. Fotony emitowane przez obie pamięci przebywały drogę światłowodem do tego punktu, gdzie podlegały wzajemne interferencji. Odpowiedni sygnał z detektorów pozwalał potwierdzić, że dwie odległe chmury atomów uległy splątaniu. W ten sposób fizycy mogli połączyć dwa magazyny informacji kwantowej bez konieczności przesyłania samej pamięci z jednego miejsca do drugiego.
Jednym z największych wyzwań okazało się utrzymanie stabilności fazy światła podczas jego przechodzenia przez setki kilometrów włókna. Nawet niewielkie zmiany temperatury, drgania czy różnice w długości toru optycznego mogą zaburzyć eksperyment. Zespół zastosował więc systemy aktywnej stabilizacji, które kompensowały zarówno szybkie zakłócenia, jak i powolne zmiany zachodzące w światłowodzie. Jak relacjonują autorzy, udało im się ograniczyć pozostały błąd fazy do około 7 stopni.
Czytaj też: Krople kwantowe nową formą materii. Powstają dzięki cząstkom z dwóch różnych światów
Przy dystansie przekraczającym około 320 kilometrów zastosowana przez Chińczyków metoda zaczęła przewyższać najlepsze teoretyczne możliwości bezpośredniego przesyłania splątania przez światłowód bez wykorzystania pamięci kwantowych. Oznacza to, że takie pamięci mogą stać się kluczowym elementem rozwiązywania problemu strat podczas budowy przyszłych sieci kwantowych. Takie długodystansowe splątanie materii będzie miało znaczenie dla skalowalnej komunikacji kwantowej, rozproszonego przetwarzania informacji czy niezwykle precyzyjnych pomiarów. I nawet jeśli nie możemy jeszcze mówić o stworzeniu działającego internetu kwantowego na skalę kontynentalną, to i tak perspektywy są wyjątkowo optymistyczne.
Źródło: Physical Review Letters
