Traditionella sätt att producera trassel, nödvändig för utvecklingen av ett kvantinternet som länkar kvantdatorer, är inte särskilt väl lämpade för fiberoptiska telekomnät som används av dagens icke-kvantinternet. Dock, forskare har kommit på ett nytt sätt att producera sådana partiklar som är mycket mer kompatibla.

I dagens telenät, ansluten med fiberoptisk kabel, fotonerna som överförs tenderar att absorberas inom några kilometer av materialet som kabeln är gjord av. För att undvika att signalen försämras, repeaters upprättas med jämna mellanrum för att förstärka den.

Liknande problem kommer att bära ansträngningar för kvantkommunikation - och i slutändan ett kvantinternet. Tomoyuki Horikiri och kollegor vid Yokohama National University hanterar denna fråga genom att utveckla en ny källa till intrasslade fotoner.

Deras resultat publicerades den 12 augusti Kommunikationsfysik .

Ett par partiklar, eller qubits, trasslar ihop sig när kvanttillståndet för var och en av dem oundvikligen är kopplat till kvanttillståndet för den andra partikeln. Därför, en mätning som utförs på en qubit kommer alltid att korreleras med en mätning på den andra qubit, oavsett avstånd.

Denna trassel, berömd beskrivs i pop-science-förklaringar som 'spöklik handling på avstånd, 'är nyckeln till framtida kvantkommunikationsinfrastruktur.

Att utnyttja detta läskiga fenomen, forskare kan använda intrasslade fotoner för att överföra information mellan två platser. Avsändaren har hälften av de intrasslade fotonerna och mottagaren har den andra halvan. De två användarna, till exempel, kan upprätta en slumpmässig hemlig bitsträng för kryptering genom den delade trasseln.

Men kvantkommunikation på långa avstånd lider också av optiska fiberförluster, med intrasslade fotoner som lossnar på grund av interaktion med sin omgivning, och kvantupprepare, där kvantminnen laddas, skulle vara nödvändigt för att förlänga kvantkommunikationens avstånd. Repeatern lagrar kvanttillståndet för fotoner som skickas av användare. En trassel 'byta, 'utförs genom en mätning av fotonerna, förökar effektivt trasseln över mycket längre sträckor - som löpare som lämnar ut batonger i en stafett.

En kvantrepeater fungerar via ett upprepat utbyte av kvanttillstånd mellan ljus och materia. Detta kräver en källa till intrasslade partiklar som är kompatibel med kvantminnet. Tyvärr, kvantminnet absorberar i allmänhet en smal bredd av en ljusstråles spektrum (känd som linjebredd), men traditionella källor till ett kvantintrasslat par fotoner har ett brett spektrum. Detta resulterar i mycket dålig koppling mellan ett intrasslat fotonpar och kvantminnet.

Än så länge, ansträngningar för att utveckla källor till intrasslade fotoner har kämpat för att uppfylla alla krav för repeater-kvantminnekompatibilitet och verklig applikation:ett stort antal fotoner (för stora mängder trafik), smal linjebredd, och hög trassel.

I årtionden, det vanligaste sättet att producera intrasslade partiklar har varit en teknik som kallas spontan parametrisk nedkonvertering, eller SPDC. Den använder kristaller för att omvandla enstaka högenergifotoner till par av intrasslade fotoner med hälften av den ursprungliga energin.

"Detta har varit bra för experiment med kvantinformation, "sade Horikiri." Men för bredbandskvantkommunikation, SPDC är inte särskilt kompatibel med de mycket snäva energiovergångarna som är involverade i produktionen av det kvantminne som behövs för kvantrepetrar. "

Forskarna förbättrade denna teknik i själva verket genom att placera kristallen i en flugaformad optisk hålighet, och kunde framgångsrikt föröka intrasslade fotoner över tio kilometer genom optisk fiber, upprepas en gång för en total sträcka på 20 kilometer.

Efter detta bevis på konceptet för en ny källa till kvantminneskompatibla intrasslade fotoner som kan distribueras via fiberoptisk kabel med låga förluster, forskarna vill nu distribuera sin teknik via flera repeaternoder för mycket längre avstånd.