Группа физиков, работающих в Университете науки и технологий Китая под руководством Си-Юя Ло, Чао-Яна Вана и Мин-Яна Чжэна, достигла значительного прорыва в области квантовой физики, установив новый рекорд для дальности материально-материальной квантовой запутанности. Ученым удалось связать квантовую память на впечатляющем расстоянии в 420 километров с использованием оптоволокна. Данные результаты были представлены в авторитетном научном издании Physical Review Letters (PRL).
Квантовая запутанность представляет собой явление, при котором характеристики двух и более частиц становятся взаимосвязанными таким образом, что изменение состояния одной из них мгновенно влияет на состояние другой, даже если они находятся на значительном расстоянии друг от друга. Важным аспектом для будущего квантового интернета является не только использование фотонов, но и наличие квантовой памяти — специализированных устройств, которые способны хранить квантовую информацию. В рамках данного исследования в качестве квантовой памяти использовались лазерно охлажденные облака атомов рубидия.
Экспериментальная установка состояла из двух блоков памяти, получивших названия Алиса и Боб, которые были разделены 420-километровым оптоволоконным кабелем. В центре системы находился узел, названный Чарли, который принимал фотоны от обеих сторон — Алисы и Боба. Если узел Чарли фиксировал необходимую интерференционную картину, это свидетельствовало о том, что между Алиса и Бобом была установлена квантовая запутанность, несмотря на то, что они не пересекались в физическом пространстве.
Успех эксперимента стал возможен благодаря трем ключевым техническим решениям. Во-первых, исследователи преобразовали фотоны, излучаемые квантовой памятью, в длины волн, которые используются в телекоммуникациях, что позволило минимизировать потери при передаче по оптоволокну. Во-вторых, была разработана система стабилизации, которая постоянно компенсировала температурные колебания и вибрации, способные нарушить квантовую интерференцию. В-третьих, использовалась схема запутывания, основанная на одном фотоне вместо двух, что значительно снизило требования к сохранности сигнала на протяжении всего пути передачи.
Авторы исследования подчеркивают: «Наш эксперимент предоставляет уникальную возможность для исследований приложений квантовых сетей за пределами масштаба одного города». Кроме того, начиная с расстояния более 320 километров, система продемонстрировала более высокую скорость успешной запутанности, чем это возможно при прямом переносе запутанности через то же оптоволокно в соответствии с так называемой границей PLOB — фундаментальным пределом передачи квантовой информации без использования повторителей.
