Ett livskraftigt kvantinternet – ett nätverk där information lagrad i qubits delas över långa avstånd genom intrassling – skulle förvandla datalagringsfälten, precisionsavkänning och beräkning, inleder en ny era av kommunikation.

Den här månaden, forskare vid Fermi National Accelerator Laboratory – ett nationellt laboratorium för energidepartementet i USA knutet till University of Chicago – tillsammans med partners vid fem institutioner tog ett betydande steg i riktning mot att förverkliga ett kvantinternet.

I en artikel publicerad i PRX Quantum, teamet presenterar för första gången en demonstration av en ihållande, långdistansteleportering av qubits gjorda av fotoner (ljuspartiklar) med en trohet som är större än 90 %.

Qubitarna teleporterades över ett fiberoptiskt nätverk 27 miles (44 kilometer) långt med hjälp av toppmoderna enfotondetektorer, samt hyllan utrustning.

"Vi är glada över dessa resultat, " sa Fermilab-forskaren Panagiotis Spenzouris, chef för Fermilabs kvantvetenskapsprogram och en av tidningens medförfattare. "Detta är en nyckelprestation på vägen mot att bygga en teknik som kommer att omdefiniera hur vi bedriver global kommunikation."

Prestationen kommer bara några månader efter att det amerikanska energidepartementet avslöjade sin plan för ett nationellt kvantinternet vid en presskonferens vid University of Chicago.

Länka partiklar

Kvantteleportering är en "frikroppslig" överföring av kvanttillstånd från en plats till en annan. Kvantteleporteringen av en qubit uppnås med hjälp av kvantentanglement, där två eller flera partiklar är oupplösligt förbundna med varandra. Om ett intrasslat par partiklar delas mellan två separata platser, oavsett avståndet mellan dem, den kodade informationen teleporteras.

Det gemensamma teamet – forskare vid Fermilab, AT&T, Caltech, Harvard Universitet, NASA Jet Propulsion Laboratory och University of Calgary – teleporterade framgångsrikt qubits på två system:Caltech Quantum Network och Fermilab Quantum Network. Systemen designades, byggd, beställd och driftsatt av Caltechs offentlig-privata forskningsprogram om intelligenta kvantnätverk och teknologier, eller IN-Q-NET.

"Vi är mycket stolta över att ha uppnått denna milstolpe för hållbar, högpresterande och skalbara kvantteleporteringssystem, sa Maria Spiropulu, Shang-Yi Ch'en professor i fysik vid Caltech och chef för forskningsprogrammet IN-Q-NET. "Resultaten kommer att förbättras ytterligare med systemuppgraderingar som vi förväntar oss att slutföra under andra kvartalet 2021."

Både Caltech och Fermilab nätverk, som har nästan autonom databehandling, är kompatibla både med befintlig telekommunikationsinfrastruktur och med framväxande kvantbehandlings- och lagringsenheter. Forskare använder dem för att förbättra troheten och hastigheten för intrasslingsfördelning, med tonvikt på komplexa kvantkommunikationsprotokoll och grundläggande vetenskap.

"Med den här demonstrationen börjar vi lägga grunden för byggandet av ett storstadskvantumnätverk i Chicago-området, " sa Spentzouris.

Chicagoland-nätverket, kallas Illinois Express Quantum Network, designas av Fermilab i samarbete med Argonne National Laboratory, Caltech, Northwestern University och industripartners.

"Prestation är ett bevis på framgång för samarbete mellan discipliner och institutioner, som driver så mycket av det vi åstadkommer inom vetenskapen, " sa Fermilab biträdande forskningsdirektör Joe Lykken. "Jag berömmer IN-Q-NET-teamet och våra partners inom akademin och industrin för denna första prestation i sitt slag inom kvantteleportering.