Kvantumnätet lovar absolut trycksäker kommunikation och kraftfulla distribuerade sensornätverk för ny vetenskap och teknik. Dock, eftersom kvantinformation inte kan kopieras, det är inte möjligt att skicka denna information över ett klassiskt nätverk. Kvantinformation måste överföras av kvantpartiklar, och speciella gränssnitt krävs för detta. Den Innsbruck-baserade experimentfysikern Ben Lanyon, som belönades med det österrikiska START -priset 2015 för sin forskning, undersöker dessa viktiga korsningar mellan ett framtida kvantinternet.

Nu har hans team vid Institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck och vid Institute of Quantum Optics and Quantum Information från den österrikiska vetenskapsakademien uppnått rekord för överföring av kvantinvikling mellan materia och ljus. För första gången, ett avstånd på 50 kilometer täcktes med fiberoptiska kablar. "Detta är två storleksordningar längre än vad som tidigare var möjligt och är ett praktiskt avstånd för att börja bygga kvantnät mellan städer, säger Ben Lanyon.

Konverterad foton för överföring

Lanyons team startade experimentet med en kalciumatom fångad i en jonfälla. Med hjälp av laserstrålar, forskarna skriver ett kvanttillstånd på jonen och samtidigt exciterar det för att avge en foton där kvantinformation lagras. Som ett resultat, atomens kvanttillstånd och den ljusa partikeln trasslar ihop. Men utmaningen är att överföra fotonet över fiberoptiska kablar. "Fotonen som avges av kalciumjonen har en våglängd på 854 nanometer och absorberas snabbt av den optiska fibern, "säger Ben Lanyon. Hans team skickar därför inledningsvis ljuspartikeln genom en olinjär kristall upplyst av en stark laser. Därigenom omvandlas fotonvåglängden till det optimala värdet för långväga resor:den nuvarande telekommunikationsstandardvåglängden på 1550 nanometer. Forskarna från Innsbruck skickar sedan denna foton via en 50 kilometer lång optisk fiberlinje. Deras mätningar visar att atom och ljuspartiklar fortfarande trasslar in sig även efter våglängdsomvandlingen och denna långa resa.

Ännu större avstånd i sikte

Som ett nästa steg, Lanyon och hans team visar att deras metoder skulle göra det möjligt att generera intrassling mellan joner med 100 kilometer mellanrum och mer. Två noder skickar var och en intrasslad foton över ett avstånd av 50 kilometer till en korsning där ljuspartiklarna mäts på ett sådant sätt att de förlorar sin trassel med jonerna, som i sin tur skulle trassla ihop dem. Med 100 kilometer nodavstånd nu en möjlighet, man skulle därför kunna tänka sig att bygga världens första kvantnät för lätt materia i ljuset under de kommande åren:bara en handfull instängda jonsystem skulle krävas för att etablera ett kvantinternet mellan Innsbruck och Wien, till exempel.

Lanyons team är en del av Quantum Internet Alliance, ett internationellt projekt inom ramen för Quantum Flagship inom Europeiska unionen. De aktuella resultaten har publicerats i Nature journal Kvantinformation .