Ученые из американской лаборатории Фермилаб телепортировали кубиты фотонов через 44 километра волокна.

Квантовая телепортация необходима для многих квантовых информационных технологий, включая квантовые сети на большие расстояния. Используя волоконно-связанные устройства, в том числе современные малошумящие сверхпроводящие нанопроволочные однофотонные детекторы и готовую оптику, мы достигаем условной квантовой телепортации кубитов временного бина на телекоммуникационной длине волны 1536,5 нм. Мы измеряем точность телепортации >=90%, что согласуется с аналитической моделью нашей системы, которая включает в себя реалистичные несовершенства. Чтобы продемонстрировать совместимость нашей установки с развернутыми квантовыми сетями, мы телепортируем кубиты по 22 км одномодового волокна, передавая кубиты по дополнительным 22 км волокна. Наши системы, совместимые с новыми твердотельными квантовыми устройствами, обеспечивают реалистичную основу для высокоточного квантового Интернета с практическими устройствами.

• Принципиальная схема системы квантовой телепортации, состоящей из подсистем Алисы, Боба, Чарли и сбора данных (DAQ). См. Основной текст для описания каждой подсистемы. Один криостат используется для размещения всех SNSPD: он рисуется как два для простоты объяснения. Сигналы обнаружения, генерируемые каждым из SNSPD, помечаются 1-4 и собираются в TDC, причем 3 и 4 мультиплексируются во времени. Все отдельные компоненты обозначены в легенде, с одномодовыми оптическими волокнами (электронными кабелями) серым (зеленым) цветом и с одно- и бихроматическими (т. е. нефильтрованными) оптическими импульсами.

• Запутанность видимости. Температура интерферометра изменяется, чтобы выявить ожидаемые синусоидальные вариации скорости совпадения событий. Подгонка показывает видимость запутывания Vent=96,4±0,3% (подробнее см. Основной текст). Неопределенности здесь и во всех измерениях рассчитываются с учетом статистики Пуассона.

• Хонг-Оу-Мандель (ХОМ) помехи. Относительная разница во времени прибытия вводится между фотонами от Алисы и Боба в BS Чарли. HOM-интерференция приводит к снижению трехкратной частоты обнаружения совпадений фотонов, измеренной с помощью SNSPDs после BS Чарли и при Бобе. Подгонка показывает (а) VHOM=70,9±1,9% и (б) VHOM=63,4±5,9% при добавлении длин волокон (подробнее см. Основной текст)

Функциональный квантовый Интернет, сеть, в которой информация, хранящаяся в кубитах, передается на большие расстояния посредством запутывания, изменил бы области безопасной связи, хранения данных, точного зондирования и вычислений. Высокоточная квантовая телепортация необходима для безопасной дальней связи и практического квантового Интернета. В этой работе впервые представлена устойчивая телепортация на большие расстояния (44 км оптоволокна) кубитов временного бина с самой современной точностью (>90%) и узкополосных фотонов с узкополосными запутанными фотонными парами. Экспериментальные результаты подкрепляются аналитической моделью, которая точно учитывает экспериментальные несовершенства.

Измерения, проведенные в Калифорнийском технологическом институте и лаборатории Ферми квантовая сеть испытательных стендов (CQNET, FQNET), две телепортации системы, которые были спроектированы, построены, введены в эксплуатацию, и производится путем Калтеха мультидисциплинарный мульти-институциональное государственно-частное научно-исследовательская программа по интеллектуальным квантовых сетей и технологий (в-г-нетто). IN-Q-NET была совместно основана в 2017 году Caltech, AT&T, Национальной ускорительной лабораторией Ферми и Лабораторией реактивного движения.

Эти уникальные испытательные стенды квантовой сети используют современные твердотельные детекторы света в компактной волоконной установке и имеют почти автономный сбор данных, управление, мониторинг, синхронизацию и анализ. Системы телепортации, совместимые как с существующей телекоммуникационной инфраструктурой, так и с новыми устройствами квантовой обработки и хранения данных, представляют собой важную веху на пути к практическому квантовому Интернету. Эти сети в настоящее время используются для повышения точности и скорости распределения запутанности с акцентом на сложные квантовые коммуникационные протоколы и фундаментальную науку. Эти сети доступны междисциплинарным исследователям для целей исследований и разработок и будут служить как фундаментальной квантовой информатике, так и развитию передовых квантовых технологий.

Источник: journals.aps.org

Комментарии: