Som en viktig milstolpe för kvantkommunikationsteknik har ett experiment visat hur nätverk kan utnyttjas för att bekämpa störande "brus" i kvantkommunikation.

Den internationella ansträngningen som leds av forskare från Griffith Universitys Center for Quantum Dynamics belyser potentialen hos kvantnätverk för att revolutionera kommunikationsteknologier på kvantnivå. Studien, "Nonlocality activation in a photonic quantum network," har publicerats i Nature Communications .

Forskarna Dr Nora Tischler och Dr Sergei Slussarenko, programledare vid ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) nod vid Griffith University, tror att deras resultat är ett första steg mot storskaliga kvantnätverk, som i grunden kan förändra hur vi kommunicerar på global nivå.

Studien fördjupar sig i den intrikata världen av kvantentrassling – ett fenomen där partiklar upprätthåller en koppling oavsett avståndet mellan dem. Quantum intrassling, som länge har erkänts som en hörnsten i kvantteknologin, har fascinerat forskare på grund av dess potentiella tillämpningar i hyperkänsliga sensorer och ultraprivata kommunikationskanaler.

CQC2T Ph.D. Forskaren Luis Villegas-Aguilar, tillsammans med teamet vid Griffith University, gav sig ut på en resa för att utforska förhållandet mellan kvantförveckling och icke-lokalitet – mystiska samband som Einstein känd som "läskig action på avstånd."

Försämringen av dessa kvanteffekter på grund av buller har utgjort en stor utmaning för att förverkliga deras praktiska tillämpningar. Experimentet som genomfördes av forskargruppen tog sig an denna utmaning direkt.

"I huvudsak visar vårt experiment hur nätverk kan användas för att övervinna brus i kvantkommunikation", förklarar Villegas-Aguilar. "Genom att simulera verkliga förhållanden i en kontrollerad miljö, strävade vi efter att förbättra brustoleransen och "aktivera" kvant-icke-lokalitet inom en nätverksstruktur."

För att förverkliga detta mål gick de ihop med forskare från University of New South Wales, Sorbonne University, Frankrike och National Institute of Standards and Technology i USA. Teamet satte upp ett kvantnätverk med tre stationer i sina laboratorier och efterliknade konfigurationer man kan hitta i ett framtida kvantinternet.

"I vårt experiment skickade vi de intrasslade partiklarna till olika stationer inne i labbet. Vi använde intrasslade enstaka fotoner, som är kvantpartiklar av ljus," sa Dr. Tischler.

"Kvantnätet med tre stationer, som simulerar bullriga förhållanden som man kan stöta på i ett större, fältdistribuerat nätverk. Först började vi med bara två intrasslade fotoner och bevisade att de inte kunde producera kvant-icke-lokalitet förbi en specifik brusgräns."

Sedan, genom noggrann design och implementering, observerade forskarna ett anmärkningsvärt fenomen:den tidigare förlorade quantum nonlocality kunde återställas genom att lägga till en extra anslutningslänk.

"Vi observerade att genom att lägga till den tredje stationen i nätverkskonfigurationen kunde vi övervinna effekterna av buller och aktivera kvant-icke-lokalitet", säger Dr. Emanuele Polino, en postdoktor som är involverad i experimentet.

Teamet är övertygat om att deras resultat inte bara främjar vår förståelse av kvantfenomen, utan också banar väg för utvecklingen av motståndskraftiga och robusta kvantteknologier.

När världen fortsätter att utvecklas mot en era av kvantberäkningar och kommunikation, representerar denna forskning en betydande milstolpe i att utnyttja kvantmekanikens fulla potential.

Mer information: Luis Villegas-Aguilar et al, Nonlocality activation in a photonic quantum network, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47354-w

Journalinformation: Nature Communications

Tillhandahålls av Griffith University