Registra l’entanglement quantistico di due atomi separati da 33 km di fibre ottiche

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La realtà di un web in cui la trasmissione dei dati è completamente sicura si sta avvicinando agli hacker, grazie all’entanglement quantistico. Questo accade quando due particelle, nonostante la distanza tra loro, agiscono nel loro insieme: la modifica dell’una influisce sull’altra. Pertanto, se misuriamo le “proprietà di stato” di una particella, conosciamo automaticamente le proprietà dell’altra, indipendentemente dalla distanza tra loro. Un prerequisito ideale per la trasmissione rapida e sicura di informazioni su lunghe distanze. I ricercatori tedeschi hanno recentemente dimostrato l’entanglement quantistico di due atomi separati da 33 chilometri di fibre ottiche, riducendo al minimo la perdita di dati. Questa è una distanza standard per questo tipo di comunicazione, che rappresenta un passo verso un Internet quantistico veloce e sicuro.

Secondo la fisica quantistica, due particelle si impigliano quando hanno una storia comune (spesso correlata a un singolo atomo). Entanglement quantistico Implica che non importa quanto distanti siano, continuano a comportarsi in relazione l’uno con l’altro in modo identico.

Questo è ciò su cui si basa Statistica quantitativa. Potrebbe permetterci di creare un sistema di comunicazione completamente nuovo, un Internet quantistico, in cui le informazioni sono crittografate e condivise tra qubit: la versione quantistica dei bit, che consente non solo di mantenere lo stato 0 o 1, ma anche di sovrapporre questi due stati . Come l’attuale Internet, consentirà ai computer quantistici di tutto il mondo di interagire. Macchine in grado di lavorare insieme simultaneamente, di cercare di risolvere problemi in tutti i settori, ma anche di comunicare in modo molto sicuro (le comunicazioni sarebbero teoricamente indistruttibili); Con velocità e prestazioni notevolmente superiori.

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Dovresti sapere che le informazioni quantistiche possono essere trasmesse dalle fibre ottiche. Per esempio, chip di silicio Le coppie possono essere inviate l’una dall’altra fotoni (Particelle di Luce) “Entangled”. Queste coppie di fotoni si susseguono fino a quando non viene stabilita la comunicazione e le informazioni vengono trasmesse, ma i fotoni vengono persi su lunghe distanze. Pertanto, anche le informazioni in esso contenute scompaiono. Quindi gli scienziati stanno cercando di affrontare questo problema, in particolare attraverso i nodi di rete, come i router nella classica Internet. Quindi la sfida è trovare un modo per replicare le informazioni senza modificarle creando “replicatori” in parte basati sulla memoria quantistica.

Pertanto, la condivisione dell’entanglement tra sistemi quantistici distanti è una componente fondamentale per la realizzazione di reti quantistiche in futuro. Di recente, un team guidato dai fisici Harald Weinfurter dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco (LMU) e dal professor Christoph Becher dell’Università del Saarland, ha collegato le memorie quantistiche atomiche tramite una connessione in fibra ottica da una distanza di 33 chilometri, con i dati scambiati intatto. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista temperare la natura.

Nuovo record quantitativo

I fotoni sono lo strumento preferito per mediare la distribuzione dell’entanglement, in genere, sia tramite l’interazione controllata luce-materia con le memorie locali, sia scambiando l’entanglement da un paio di stati di memoria di fotoni entangled, come nel caso di questo studio. Le applicazioni innovative di queste reti includono il calcolo quantistico e la distribuzione di chiavi quantistiche indipendente dal dispositivo.

Nel loro esperimento, i ricercatori hanno utilizzato un sistema di due atomi di rubidio intrappolati otticamente in due laboratori nel campus della LMU. I due siti sono collegati da un cavo in fibra ottica di 700 metri che corre sotto Geschwister-Scholl Platz di fronte all’edificio principale dell’università. Aggiungendo fibre aggiuntive sulle bobine, sono stati raggiunti collegamenti fino a 33 chilometri.

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Diagramma schematico del setup sperimentale. © Tim van Leent et al. , 2022 (modificato da Laurie Henry per Trust My Science)

Ogni atomo è stato eccitato da un impulso laser, provocando l’emissione di un fotone quantistico entangled con l’atomo. In altre parole, è l’entanglement del fotone con la convoluzione, in cui la materia atomica viene aggiunta al mix per guadagni in efficienza, affidabilità e stabilità. I fotoni vengono quindi inviati lungo cavi in ​​​​fibra ottica e si incontrano in una stazione di ricezione nel mezzo (relè). Lì, i fotoni subiscono una commisurazione, facendoli diventare entangled e poiché sono già entangled con i propri atomi, anche i due atomi si intrecciano l’uno con l’altro. Pertanto, le informazioni non vengono perse e raggiungono l’altra estremità del cavo.

Modifica i fotoni per garantire il contatto

Il fattore critico di successo è stato che i ricercatori hanno convertito la lunghezza d’onda delle particelle di luce emesse da queste memorie quantistiche in una lunghezza d’onda che potrebbe essere utilizzata nelle comunicazioni convenzionali, senza cambiare la polarizzazione dei fotoni.

Weinfurter afferma in a comunicazione : ” In questo modo, siamo stati in grado di ridurre significativamente la perdita di fotoni e quindi creare memorie quantistiche entangled anche su lunghe distanze di fibre ottiche. Concretamente, con due convertitori di frequenza quantistici, hanno aumentato la lunghezza d’onda originale di 780 nm a una lunghezza d’onda di 1517 nm, vicina alla lunghezza d’onda standard delle telecomunicazioni (circa 1550 nm).A questa gamma di frequenza, la trasmissione della luce nelle fibre di vetro è inferiore. il team ha gestito la conversione con un’efficienza senza precedenti del 57%.

Tim Van Lint, autore principale della pubblicazione, spiega: Ciò che caratterizza il nostro esperimento è che siamo davvero impigliati da due particelle immutabili, ovvero atomi che agiscono come memorie quantistiche. È molto più difficile dell’entanglement di fotoni, ma consente molte altre applicazioni “.

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I ricercatori ritengono che il sistema sviluppato possa essere utilizzato per costruire reti quantistiche su larga scala e implementare protocolli di comunicazione quantistica sicuri. Harald Weinfurter ha detto: L’esperimento è un passo importante sulla strada verso un Internet quantistico basato sulle infrastrutture in fibra ottica esistenti Questo può essere correlato a tecniche come Satellitiè già in grado di emettere fotoni entangled per migliaia di chilometri.

fonte : temperare la natura

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