Το πρώτο βήμα προς το κβαντικό Διαδίκτυο: Επιστημονικό πείραμα «σπάει» κάθε ρεκόρ

Το επίτευγμα αποτελεί σημαντικό ορόσημο στην προσπάθεια για ένα κβαντικό Διαδίκτυο, το οποίο θα επιτρέπει την άμεση μετάδοση πληροφοριών μεταξύ των κόμβων ενός δικτύου.

Τι είναι η κβαντική διασύνδεση και γιατί είναι σημαντική;

Η κβαντική διασύνδεση ή διεμπλοκή αναφέρεται στη σύζευξη δύο σωματιδίων με τέτοιο τρόπο, ώστε η μεταβολή του ενός να μεταβάλλει αμέσως το άλλο. Επιπλέον, η μέτρηση της κατάστασης του ενός σωματιδίου σας πληροφορεί αυτόματα για την κατάσταση του άλλου.

Γράφοντας στο περιοδικό Nature, οι συγγραφείς της μελέτης περιγράφουν πώς συνέδεσαν δύο άτομα που στεγάζονταν σε διαφορετικά κτήρια στην πανεπιστημιούπολη του LMU, σε απόσταση περίπου 700 μέτρων μεταξύ τους. Οι δύο τοποθεσίες συνδέονταν με ένα καλώδιο οπτικών ινών που περνούσε μέσα από πολυάριθμα πηνία και είχε μήκος 33 χιλιόμετρα (20 μίλια).

Ένας παλμός λέιζερ χρησιμοποιήθηκε για να διεγείρει τα δύο άτομα, προκαλώντας την εκπομπή από ένα φωτόνιο στο καθένα. Το κρίσιμο είναι ότι η διαδικασία αυτή έχει ως αποτέλεσμα η περιστροφή του ατόμου να περιπλέκεται κβαντικά με την πόλωση του εκπεμπόμενου φωτονίου.

Προηγούμενες προσπάθειες για τη μετάδοση τέτοιων σωματιδίων κατά μήκος οπτικών ινών απέτυχαν, επειδή τα φωτόνια με μήκος κύματος που εμπίπτει στην περιοχή του ορατού φωτός του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος τείνουν να φτάνουν μόλις μερικά χιλιόμετρα στο καλώδιο πριν χαθούν.

Η ομάδα, λοιπόν, χρησιμοποίησε την τεχνική της «κβαντικής μετατροπής συχνότητας με διατήρηση της πόλωσης», για να αυξήσει το μήκος κύματος των φωτονίων από 780 σε 1.517 νανόμετρα, που είναι περίπου ίσο με το μήκος κύματος των τηλεπικοινωνιών 1.550 νανόμετρα - το ιδανικό εύρος συχνοτήτων για τη μετάδοση του φωτός κατά μήκος των οπτικών ινών.

Αυτό επέτρεψε στα φωτόνια να επιβιώσουν στο ταξίδι-ρεκόρ τους κατά μήκος του καλωδίου, όπου τα «συνέλαβε» ένας δέκτης. Σε αυτό το σημείο, έγινε κοινή μέτρηση των φωτονίων, με αποτέλεσμα τη διασύνδεσή τους. Επειδή κάθε φωτόνιο ήταν ήδη περιπλεγμένο με το άτομο ρουβιδίου από το οποίο εκπέμφθηκε, η διαδικασία αυτή προκάλεσε τελικά την διεμπλοκή των δύο ατόμων μεταξύ τους.

Μόλις περιπλεχθούν, τα δύο άτομα έχουν τη δυνατότητα να λειτουργήσουν ως κόμβοι «κβαντικής μνήμης» μέσα σε ένα ευρύτερο δίκτυο επικοινωνίας. Είναι σημαντικό το γεγονός ότι αυτό επιτεύχθηκε με τη χρήση καλωδίων οπτικών ινών, γεγονός που εγείρει τη δυνατότητα δημιουργίας ενός τέτοιου δικτύου με τη χρήση των υφιστάμενων τηλεπικοινωνιακών υποδομών.

«Η σημασία του πειράματός μας έγκειται στο γεγονός ότι πράγματι περιπλέκουμε δύο ακίνητα σωματίδια - δηλαδή άτομα που λειτουργούν ως κβαντικές μνήμες. Αυτό είναι πολύ πιο δύσκολο από το να μπλέξουμε φωτόνια, αλλά ανοίγει πολλές περισσότερες δυνατότητες εφαρμογής», ανέφερε σε ανακοίνωσή του ο επικεφαλής συγγραφέας Τιμ βαν Λέεντ.

Συγκεκριμένα, ο συνυπογράφων την έρευνα Χάραλντ Βαϊνφούρτερ εξήγησε ότι «το πείραμα είναι ένα σημαντικό βήμα στην πορεία προς το κβαντικό Διαδίκτυο που βασίζεται στην υπάρχουσα υποδομή οπτικών ινών».