Китайские физики установили рекорд по передаче квантовой запутанности между двумя квантовыми памятью через оптоволокно. Связь удалось обеспечить на расстоянии 420 км, что более чем в 4 раза превышает показатели прежних экспериментов. Работу выполнила группа специалистов Университета науки и технологий Китая под руководством Си-Юй Ло, Чао-Яна Вана и Мин-Яна Чжэна.
Квантовая запутанность означает взаимосвязь состояний частиц: измерение свойств одной из них позволяет определить соответствующие характеристики другой, даже при значительном удалении. Для будущих квантовых сетей важны не только фотоны, но и квантовые памяти, способные сохранять информацию. В этом исследовании такими памятью стали охлажденные лазером облака атомов рубидия. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В установке использовались два блока памяти, получившие условные названия Alice (Алиса) и Bob (Боб), между которыми проложили 420 км оптического волокна. В центральном узле Charlie (Чарли) фиксировались фотоны, испущенные обеими системами. Регистрация нужной интерференционной картины подтверждала появление квантовой запутанности между удаленными памятью. Эксперимент показал, что такая связь может работать по всей длине линии.
Для снижения потерь ученые преобразовали фотоны в диапазон длин волн, применяемый в телекоммуникационных сетях. Это позволило передавать сигнал по волокну с меньшим затуханием. Также исследователи создали систему стабилизации, которая постоянно компенсировала влияние температуры и вибраций на квантовые состояния. Дополнительно использовалась схема с одним фотоном, при которой для результата достаточно сохранить один фотон, а не два.
Авторы указали, что после отметки в 320 км скорость успешного создания запутанности в их системе превысила предел, достижимый при прямой передаче через то же оптоволокно. Речь не идет об отмене фундаментального ограничения для каналов с потерями, а о преимуществе сети с квантовой памятью перед прямым соединением. Дальняя квантовая запутанность между памятью считается одним из ключевых элементов для создания квантовых сетей. Эксперимент также подтвердил возможность получать запутанные состояния с высокой частотой на расстояниях около 100 км.
