Maklumat Kuantum Entanglement boleh dihantar melalui pengulang kuantum berdasarkan foton sepanjang 50 km, ion terperangkap. Dalam 50 tahun yang lalu, rangkaian komunikasi telah mengubah masyarakat kita sepenuhnya dan kita kini sukar membayangkan kehidupan tanpa mereka. Para saintis teruja tentang kemungkinan menyambungkan peranti kuantum ke rangkaian hasil daripada kemajuan terkini dalam teknologi kuantum. Komunikasi kuantum jarak jauh menandakan kemungkinan keupayaan tidak tersedia dalam rangkaian tradisional. Rangkaian kuantum bertukar isyarat pada tahap foton tunggal untuk memanfaatkan sepenuhnya keterjeratan dan kesan kuantum yang lain. Akibatnya, punca utama kegagalan dalam sistem ini ialah pengecilan gentian.
Walau bagaimanapun, kehilangan foton boleh dielakkan dengan menggunakan sekumpulan nod rangkaian perantara yang dikenali sebagai pengulang kuantum yang secara langsung menjerat kedua-dua nod mesh yang bertaburan. Jalinan dua nod mesh yang dipisahkan sebanyak 32 m baru-baru ini dicapai menggunakan pengulang kuantum berdasarkan pusat lompang nitrogen dalam berlian. Menggunakan ion terperangkap sebagai pengulang kuantum, Victor Krutyanskiy dari Universiti Innsbruck di Austria dan rakan sekerja dapat menggabungkan dua pautan terjerat sepanjang 25 km menjadi satu pautan sepanjang 50 km. Jarak ini ialah jenis jarak yang diperlukan oleh rangkaian kuantum berfungsi di dunia nyata.
Kepentingan kejayaan Krutyanskiy dan rakan-rakannya dapat difahami, memandangkan tiga sifat ideal yang harus dimiliki oleh pengulang kuantum berfungsi. Yang pertama ialah mempunyai akses kepada ingatan kuantum [5]. Kaedah menjana jalinan jauh tidak jelas kerana kehilangan foton dan kekurangan perkakasan lain. Jika sambungan hujung ke hujung hanya boleh dibuat jika semua sambungan jarak dekat berjaya serentak, kadar kejayaan keseluruhan akan menjadi kecil secara eksponen. Kenangan kuantum menyimpan jalinan jarak dekat, membenarkan sambungan yang gagal mengulangi percubaan jalinan.
"Tambahan" kekusutan bergantung pada harta yang ketiga yang dikehendaki. Memori kuantum tetap dan foton "terbang" yang bergerak sepanjang gentian menjadi terjerat terima kasih kepada pengulang. Ia mengulangi proses menggunakan memori baharu untuk mencipta foton terbang kedua. Dua pautan terjerat berasingan dicipta dengan menghantar dua foton ke dua nod rangkaian jauh yang berbeza. Pengulang kemudian menggunakan proses yang dikenali sebagai pertukaran kekusutan untuk menggabungkan pautan ini. Untuk mengekalkan kadar kejayaan keseluruhan yang tidak ternilai bagi jalinan hujung-ke-hujung, proses defragmentasi mestilah bersifat deterministik dan bukannya probabilistik.
Ketiga-tiga ciri ini digabungkan menjadi satu sistem oleh Krutyanskiy dan pasukannya. Mereka juga menggunakan jalinan antara dua nod rangkaian A dan B, yang berjarak 50 km, jarak yang sesuai untuk kegunaan praktikal rangkaian kuantum. Pasukan itu dapat mencapai kejayaan ini dengan menangkap dua ion kalsium 40Ca+ dan menggunakannya sebagai dua kenangan kuantum. Kedua-dua ion ini mula-mula dimulakan kepada keadaan asasnya dan kemudian berulang kali diterangi dengan denyutan laser sebagai sebahagian daripada protokol pengulang. Ion-ion menerima tenaga yang mencukupi daripada laser untuk naik ke keadaan tenaga yang lebih tinggi. Hasil daripada perpecahan seterusnya ion, setiap ion mengeluarkan foton, yang mengekalkan pasangan ion-foton terjerat.
Foton dikumpulkan dalam penukar panjang gelombang, peranti yang menukar panjang gelombang asal foton yang dipancarkan kepada panjang gelombang telekom yang sesuai untuk perjalanan seterusnya. Kedua-dua foton itu kemudiannya diarahkan ke nod A dan B menggunakan kili gentian optik sepanjang 25 km. Jalinan ion-foton kemudiannya ditukarkan oleh pengulang menjadi jalinan foton-foton yang menjangkau 50 km dengan melakukan pertukaran belitan deterministik pada dua ion yang dipegangnya.
Dengan berulang kali mengulangi taburan belitan dan mengukur foton pada nod A dan B, keadaan tomografi boleh menentukan keadaan foton-foton terakhir dan mencipta ukuran statistik tentang kesetiaan keadaan foton-foton yang dikongsi.
Situasi ideal yang sempurna diwakili oleh kesetiaan unit. Nod A dan B dapat mencapai keterikatan dengan kadar kejayaan 9,2 Hz dan kebarangkalian kejayaan 9,2 setiap percubaan, menghasilkan ketepatan 104. Kesetiaan ini jauh lebih tinggi daripada 0,72 yang diperlukan untuk jalinan foton. Para penyelidik juga menjalankan eksperimen di mana jalinan foton-foton diedarkan pada jarak 0,5 km tanpa menggunakan pengulang. Faedah menggunakan teknik bantuan pengulang jelas ditunjukkan oleh kadar kejayaan yang rendah iaitu 50 Hz. Pada jarak kerja percubaan, kelebihan ini mungkin kelihatan tidak penting. Walau bagaimanapun, pada jarak lebih daripada 6,7 km, kadar kejayaan menurun secara mendadak apabila tiada pengulang.
Dalam analisis mereka, pasukan Innsbruck mempertimbangkan betapa lebih baiknya tetapan percubaan untuk berbilang pengulang berganding untuk menjangkau jarak hujung ke hujung 800 km. Anehnya, beberapa perubahan perlu dibuat pada banyak ciri. Penambahbaikan yang paling ketara diperlukan dalam pengubah belitan foton tidak tentu yang diperlukan untuk menyambung beberapa pengulang. Penyelidik membuat kes yang kukuh tentang mengapa penambahbaikan itu boleh dilaksanakan dalam masa terdekat.
Contoh eksperimen komunikasi kuantum yang menarik telah berlaku baru-baru ini. Memandangkan keupayaan jarak jauh yang ditunjukkan dalam kajian ini, adalah jelas bahawa rangkaian kuantum berkembang pesat daripada konsep teori kepada aplikasi praktikal. Adalah sangat penting untuk mengingati dua pelajaran penting yang dipelajari daripada internet, iaitu rangkaian tradisional. Pertama sekali, mempunyai peralatan yang baik tidak mencukupi untuk membolehkan komunikasi pada skala global. Walau bagaimanapun, seni bina perisian yang mantap diperlukan. Kedua, perisian yang baik mengambil masa yang lama untuk matang. Untuk memastikan perkakasan dan perisian berjalan seiring, ahli fizik dan teknologi bekerjasama untuk mencipta protokol lapisan pautan tersuai dan seni bina lengkap untuk internet kuantum masa hadapan.
Sumber: physics.aps.org/articles/v16/84
Günceleme: 23/05/2023 12:58