Quantum Entanglementi teavet saab edastada kvantrepiiteri kaudu, mis põhineb 50 km pikkustel footonitel, lõksu jäänud ioonidel. Viimase 50 aasta jooksul on suhtlusvõrgud meie ühiskonda täielikult muutnud ja meil on praegu raske elu ilma nendeta ette kujutada. Teadlased on põnevil võimalusest ühendada kvantseadmeid võrkudega tänu hiljutistele kvanttehnoloogiate edusammudele. Pikamaa-kvantkommunikatsioon kuulutab võimalust, et traditsioonilistes võrkudes puuduvad võimalused. Kvantvõrgud vahetavad signaale ühe footoni tasemel, et kasutada täielikult ära takerdumise ja muude kvantefektide eeliseid. Järelikult on nende süsteemide rikke peamiseks põhjuseks kiudude sumbumine.
Footonite kadu saab siiski vältida, kasutades rühma vahevõrgusõlmi, mida tuntakse kvantrepiiteritena ja mis seovad otseselt kaks hajutatud võrgusõlme. Kahe 32 m kaugusel eraldatud võrgusõlme põimumine saavutati hiljuti teemandis olevate lämmastiku tühimike keskustel põhineva kvantrepiiteri abil. Victor Krutyanskiy Austria Innsbrucki ülikoolist suutis ja tema kolleegid, kasutades kvantrepiiteritena püütud ioone, ühendada kaks 25 km pikkust takerdunud lüli üheks 50 km pikkuseks lüliks. See kaugus on selline kaugus, mida reaalses maailmas vajavad funktsionaalsed kvantvõrgud.
Krutyanskiy ja tema kolleegide edu olulisust saab mõista, arvestades kolme ideaalset omadust, mis funktsionaalsetel kvantreiiteritel peaksid olema. Esimene neist on juurdepääs kvantmälule [5]. Kaugpõimumise tekitamise meetod on footonikadude ja muude riistvarapuuduste tõttu ebaselge. Kui otspunktiühendust saaks luua ainult siis, kui kõik lähiühendused oleksid samaaegselt edukad, oleks üldine edukuse määr eksponentsiaalselt väike. Kvantmälud salvestavad lühimaa takerdumist, võimaldades ebaõnnestunud ühendustel põimumiskatseid korrata.
Põimumise "lisamine" sõltub kolmandast soovitavast omadusest. Fikseeritud kvantmälu ja piki kiudu liikuv "lendav" footon takerduvad tänu repiiterile. See kordab protsessi, kasutades uut mälu, et luua teine lendav footon. Kaks eraldi põimunud linki luuakse, saates kaks footoni kahte erinevasse kaugvõrgu sõlme. Seejärel kasutab repiiter nende linkide ühendamiseks protsessi, mida nimetatakse takerdumise vahetamiseks. Selleks, et säilitada hindamatu otspunkti põimumise üldine edukuse määr, peab defragmentimisprotsess olema pigem deterministlik kui tõenäosuslik.
Krutyanskiy ja tema meeskond ühendasid need kolm funktsiooni üheks süsteemiks. Nad kasutasid ka takerdumist kahe võrgusõlme A ja B vahel, mis on üksteisest 50 km kaugusel, mis on sobiv kaugus kvantvõrkude praktiliseks kasutamiseks. Meeskond suutis selle saavutuse saavutada, püüdes kinni kaks kaltsiumi 40Ca+ iooni ja kasutades neid kahe kvantmäluna. Kaks iooni lähtestatakse esmalt põhiolekusse ja valgustatakse seejärel korduvalt laserimpulssidega kordusprotokolli osana. Ioonid saavad laserilt piisavalt energiat, et tõusta kõrgema energiaga olekusse. Ioonide järgneva lagunemise tulemusena kiirgab iga ioon footoni, mis hoiab ioon-footon paari seotuna.
Footonid kogutakse lainepikkuse muundurisse – seadmesse, mis teisendab emiteeritud footonite algse lainepikkuse sobivaks telekommunikatsiooni lainepikkuseks nende edasiseks liikumiseks. Seejärel suunatakse kaks footonit 25 km pikkuste optiliste kiudude poolide abil sõlmedesse A ja B. Seejärel muundab repiiter ioonide-footonite põimumise 50 km pikkuseks footon-footoni põimumiseks, tehes kahe selles sisalduva iooni deterministliku põimumise vahetuse.
Kordudes takerdumise jaotust ja mõõtes footoneid sõlmedes A ja B, saab olekutomograafia määrata lõpliku footon-footoni oleku ja luua statistilise mõõdiku jagatud footon-fotoni oleku truu kohta.
Ideaalset ideaalset olukorda esindab ühikutruudus. Sõlmed A ja B suutsid saavutada põimumise edukuse määraga 9,2 Hz ja õnnestumise tõenäosusega 9,2 katse kohta, mille tulemuseks oli täpsus 104. See täpsus on palju suurem kui footonite takerdumiseks vajalik 0,72. Teadlased viisid läbi ka katse, kus footon-footon põimumine jaotati 0,5 km kaugusele ilma repiiterit kasutamata. Repiiteri abiga tehnikate kasutamise eeliseid näitab selgelt madal sagedus 50 Hz. Katse töökaugustel võib see eelis tunduda tähtsusetu. Ent üle 6,7 km distantsidel langeb õnnestumise määr järsult, kui repiitereid pole.
Innsbrucki meeskond kaalus oma analüüsis, kui palju paremad peaksid olema katseseaded, et mitu ühendatud repiiterit kataks 800 km pikkuse otsast lõpuni. Üllataval kombel tuleb paljudes funktsioonides teha vähe muudatusi. Kõige olulisem täiustus on vajalik mittedeterministlikus footonite põimumise modifikaatoris, mis on vajalik mitme repiiteri ühendamiseks. Teadlased esitavad tugevaid väiteid selle kohta, miks on täiustused lähitulevikus teostatavad.
Hiljuti on leitud põnevaid eksperimentaalseid näiteid kvantkommunikatsioonist. Nendes uuringutes näidatud pikamaavõimaluste valguses on selge, et kvantvõrgud arenevad kiiresti teoreetilistest kontseptsioonidest praktiliste rakendusteni. Väga oluline on meeles pidada kahte olulist õppetundi, mis on saadud Internetist, mis on traditsiooniline võrk. Esiteks ei piisa hea varustuse olemasolust, et võimaldada ülemaailmset suhtlust. Siiski on vaja tugevat tarkvaraarhitektuuri. Teiseks, hea tarkvara valmimine võtab kaua aega. Riist- ja tarkvara koostöös hoidmiseks teevad füüsikud ja tehnoloogid koostööd, et luua tuleviku kvantinterneti jaoks kohandatud lingikihi protokolle ja terviklikke arhitektuure.
Allikas: physics.aps.org/articles/v16/84
Günceleme: 23/05/2023 12:58