Ett forskningsresultat från den amerikanska armén för kvantinternet ett steg närmare. Ett sådant internet skulle kunna erbjuda militär säkerhet, avkännings- och tidtagningsfunktioner är inte möjliga med traditionella nätverksmetoder.

U.S. Army's Combat Capability Development's Army Research Laboratory's Center for Distributed Quantum Information, finansieras och förvaltas av labbets Army Research Office, såg forskare vid universitetet i Innsbruck uppnå ett rekord för överföring av kvantintrassling mellan materia och ljus – ett avstånd på 50 kilometer med fiberoptiska kablar.

Entanglement är en korrelation som kan skapas mellan kvantenheter som qubits. När två qubits är intrasslade och en mätning görs på en, det kommer att påverka resultatet av en mätning som görs på den andra, även om den andra qubiten är fysiskt långt borta.

"Denna [50 kilometer] är två storleksordningar längre än vad som tidigare varit möjligt och är ett praktiskt avstånd för att börja bygga kvantnätverk mellan städer, " sa Dr Ben Lanyon, experimentell fysiker vid universitetet i Innsbruck och huvudutredare för projektet, vars resultat publiceras i tidskriften Nature Kvantinformation .

Intercity kvantnät skulle vara sammansatta av avlägsna nätverksnoder av fysiska kvantbitar, vilka är, trots den stora fysiska separationen, ändå intrasslad. Denna fördelning av intrassling är avgörande för att etablera ett kvantinternet, sa forskare.

"Demonstrationen är ett stort steg framåt för att uppnå storskalig distribuerad intrassling, " sa Dr Sara Gamble, medledare för arméns program som stödjer forskningen. "Kvaliteten på intrasslingen efter att ha färdats genom fiber är också tillräckligt hög i andra änden för att uppfylla några av kraven för några av de svåraste kvantnätverkstillämpningarna."

Forskargruppen startade experimentet med en kalciumatom fången i en jonfälla. Med hjälp av laserstrålar, forskarna skrev ett kvanttillstånd på jonen och exciterade den samtidigt för att avge en foton där kvantinformation lagras. Som ett resultat, atomens och ljuspartikelns kvanttillstånd var intrasslade.

Utmaningen är att överföra fotonen över fiberoptiska kablar.

"Fotonen som emitteras av kalciumjonen har en våglängd på 854 nanometer och absorberas snabbt av den optiska fibern, " sa Lanyon.

Hans team skickade därför inledningsvis ljuspartikeln genom en olinjär kristall upplyst av en stark laser. Fotonvåglängden omvandlades till det optimala värdet för långdistansresor - den nuvarande standardvåglängden för telekommunikation på 1, 550 nanometer.

Forskarna skickade sedan denna foton genom den 50 kilometer långa optiska fiberlinjen. Deras mätningar visar att atom- och ljuspartiklar fortfarande var intrasslade även efter våglängdsomvandlingen och den tillryggalagda sträckan.

"Valet att använda kalcium innebär att dessa resultat också ger en direkt väg till att förverkliga ett intrasslat nätverk av atomklockor över ett stort fysiskt avstånd, eftersom kalcium kan infångas tillsammans med en högkvalitativ "klock"-qubit. Storskaliga intrasslade klocknät är av stort intresse för armén för precisionsposition, navigering, och timingapplikationer, sade doktor Fredrik Fatemi, en arméforskare som också är med och leder programmet.