_ Echipa de cercetare ia o pas fundamental către un internet cuantic funcțional

Cercetarea cu calculul cuantic și rețelele cuantice au loc în întreaga lume în speranța dezvoltării unui internet cuantic în viitor. Un internet cuantic ar fi o rețea de computere cuantice, senzori și dispozitive de comunicație care vor crea, procesa și transmite stări cuantice și încurcături și se anticipează că va îmbunătăți sistemul de internet al societății și va oferi anumite servicii și valori pe care internetul actual nu le are.

O echipă de fizicieni de la Universitatea Stony Brook și colaboratorii lor au făcut un pas semnificativ către construirea unui banc de testare a internetului cuantic, demonstrând o măsurătoare fundamentală a rețelei cuantice care utilizează amintiri cuantice la temperatura camerei. Descoperirile lor sunt descrise într-o lucrare publicată în npj Quantum Information.

Domeniul informațiilor cuantice combină în esență aspecte ale fizicii, matematicii și calculului clasic pentru a utiliza mecanica cuantică pentru a rezolva probleme complexe mult mai rapid decât calculul clasic și de a transmite informații într-o manieră nepotrivită.

În timp ce viziunea unui sistem de internet cuantic este în creștere, iar domeniul a cunoscut o creștere a interesului din partea cercetătorilor și a publicului larg, însoțită de o creștere abruptă a capitalului investit, nu a fost construit un prototip real de internet cuantic.

Conform echipei de cercetare Stony Brook, obstacolul cheie pentru atingerea potențialului de a face rețelele de comunicații mai sigure, sistemele de măsurare mai precise și algoritmii pentru anumite analize științifice mai puternice, se bazează pe dezvoltarea de sisteme capabile să aducă informații cuantice și încurcare pe mai multe noduri și pe distanțe lungi. Aceste sisteme sunt numite repetoare cuantice și reprezintă una dintre provocările mai complexe ale cercetării actuale în fizică.

Cercetătorii au capacități avansate de repetoare cuantice în ultima lor experimentare. Ei au construit și caracterizat memorii cuantice care funcționează la temperatura camerei și au demonstrat că aceste memorii au performanțe identice, o caracteristică esențială atunci când scopul este de a construi rețele de repetoare cuantice la scară largă care vor cuprinde mai multe dintre aceste amintiri.

Ei au testat cât de identice sunt aceste amintiri în ceea ce privește funcționalitatea lor, trimițând stări cuantice identice în fiecare dintre memorii și efectuând un proces numit Hong-Ou-Mandel Interference asupra ieșirilor din memorii, un test standard pentru a cuantifica caracterul indistinguibil al proprietăților fotonilor. /p>

Ei au demonstrat că procesul de stocare și recuperare a qubiților optici în memoriile lor cuantice la temperatura camerei nu distorsionează în mod semnificativ procesul de interferență comună și permite schimbarea încrucișării asistată de memorie, un protocol pentru distribuirea încurcăturii pe distanțe lungi și cheia pentru construirea de repetoare cuantice operaționale.

„Credem că acesta este un pas extraordinar spre dezvoltarea unor repetoare cuantice viabile și a internetului cuantic”, spune autorul principal Eden Figueroa, Ph.D., Stony Brook Presidential Profesor dotat cu inovare și director al Centrului de procesare cuantică distribuită, care deține o întâlnire comună la Laboratorul național Brookhaven al Departamentului de Energie al SUA.

În plus, hardware-ul cuantic dezvoltat de echipă funcționează la temperatura camerei, în mod semnificativ scăderea costurilor de operare și accelerarea sistemului. O mare parte din cercetarea cuantică nu este la temperatura camerei, ci la temperaturi aproape de zero absolut, care sunt mai scumpe, mai lente și mai dificil din punct de vedere tehnic pentru rețea. Astfel, tehnologia la temperatura camerei este una promițătoare pentru construirea de rețele cuantice la scară largă.

Echipa nu a realizat doar memoria cuantică la temperatura camerei și rezultate de comunicare, dar și-a brevetat abordarea. Ei au primit brevete din SUA privind stocarea cuantică la temperatura camerei și repetoare cuantice cu rată ridicată de repetiție.

„Pentru a face ca aceste flote de memorii cuantice să lucreze împreună la nivel cuantic și într-o stare la temperatura camerei, este ceva care este esențial pentru orice internet cuantic la orice scară. Din cunoștințele noastre, această performanță nu a fost demonstrată înainte și ne așteptăm să ne bazăm pe această cercetare", subliniază Figueroa, menționând că tehnologia lor patentată le permite să testeze în continuare rețeaua cuantică. .

Co-autorii Sonali Gera, cercetător postdoctoral, și Chase Wallace, doctorand, ambii la Departamentul de Fizică și Astronomie, au lucrat îndeaproape cu Figueroa, împreună cu alți colegi, în timpul experimentării care în un sens urmărește să „amplifice” în mod eficient încurcarea pe distanțe, funcția esențială a unui repetor cuantic.

„Deoarece amintirile sunt capabile să stocheze fotoni cu un timp de stocare definit de utilizator, am putut, de asemenea, să arată sincronizarea în timp a preluării fotonilor, în ciuda faptului că fotonii ajung la amintiri la momente aleatorii, care este o altă caracteristică necesară pentru a opera un sistem cu repetor cuantic”, explică Gera.

Ea și Wallace adaugă că unele dintre ele Următorii pași în cercetarea echipei sunt construirea și caracterizarea surselor de încurcare compatibile cu amintirile cuantice și proiectarea unor mecanisme care să „vestie” prezența fotonilor stocați în multe amintiri cuantice.

(Fluierul)