Μια νέα τεχνική πολυπλεξίας θα μπορούσε να επιταχύνει σημαντικά τη δημιουργία κβαντικής διεμπλοκής μεταξύ απομακρυσμένων κόμβων, φέρνοντας την ανάπτυξη μεγάλης εμβέλειας κβαντικών δικτύων πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Tsinghua και το Hefei National Laboratory παρουσίασαν μια μέθοδο που επιταχύνει τη δημιουργία «heralded entanglement» μεταξύ παγιδευμένων ιόντων.
Πολυπλεξία
Η τεχνική βασίζεται στην πολυπλεξία, δηλαδή στην ταυτόχρονη αποστολή πολλαπλών σημάτων μέσω του ίδιου καναλιού επικοινωνίας. Με αυτόν τον τρόπο περιορίζεται η καθυστέρηση που προκαλεί η επικοινωνία μετ’ επιστροφής μεταξύ απομακρυσμένων κόμβων.
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα κβαντικό δίκτυο με δύο παγιδευμένα ιόντα, τα οποία συνδέονταν μέσω 1,2 χιλιομέτρων οπτικής ίνας. Χρησιμοποίησαν ιόντα ⁴⁰Ca⁺ και μια τεχνική πολλαπλών διεγέρσεων, η οποία δημιουργούσε διεμπλοκή ιόντος-φωτονίου σε 10 διαφορετικούς χρονικούς τρόπους ανά κύκλο.
Οι φωτόνιοι από τους δύο κόμβους μεταδίδονταν μέσω οπτικής ίνας και οδηγούνταν σε κεντρικό σταθμό, όπου πραγματοποιούνταν μέτρηση Bell. Ένα συγκεκριμένο μοτίβο ανίχνευσης επιβεβαίωνε ότι είχε δημιουργηθεί απομακρυσμένη διεμπλοκή μεταξύ των ιόντων.
Η τεχνική αύξησε κατά 4,59 φορές τον ρυθμό δημιουργίας της διεμπλοκής, ενώ η πιστότητα της κβαντικής κατάστασης έφτασε το 95,9%.
Η επίδοση αυτή αποτελεί νέο ρεκόρ για heralded διεμπλοκή μεταξύ υλικών κβαντικών συστημάτων σε αποστάσεις πέρα από την κλίμακα ενός εργαστηρίου.
Η σημασία για το κβαντικό διαδίκτυο
Η νέα μέθοδος θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη κβαντικών repeaters, οι οποίοι θα απαιτούνται για τη μετάδοση κβαντικής πληροφορίας σε αποστάσεις άνω των 1.000 χιλιομέτρων.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλα ατομικά κβαντικά δίκτυα, ιδιαίτερα σε συστήματα που χρησιμοποιούν οπτικές μεταβάσεις κατάλληλες για μετάδοση μέσω οπτικών ινών, αλλά περιορίζονται από χαμηλή αποδοτικότητα.
Μελλοντικά, η ομάδα σχεδιάζει να βελτιώσει περαιτέρω την απόδοση των trapped-ion δικτύων, χρησιμοποιώντας αποδοτικότερες μεθόδους heralding και νέες τεχνικές πολυπλεξίας, με στόχο τη δημιουργία γρήγορων κβαντικών δικτύων και επικοινωνιών μεγάλων αποστάσεων.