211service.com
Quantum intrassling över 30 miles av fiber har fört supersäkert internet närmare
En bild av optisk fiber Pixabay
Albert Einstein ville ingenting med det att göra: han hånade det märkliga konceptet med kvantförveckling som spöklik action på avstånd. Men hundra år senare kunde Einsteins bugbear bidra till att skapa ett säkrare internet, tack vare den mest tillförlitliga tekniken hittills för att trassla in noder längs miles av fiberoptisk kabel.
Med intrassling kan ett objekt placeras i en kvantöverlagring av flera tillstånd - som Schrödingers katt, både levande och död på en gång - och den överlagringen kan delas med ett annat objekt. I teorin kommer dessa objekt att upprätthålla den kopplingen även när de är åtskilda, så att mätning av det ena avslöjar det andras tillstånd, oavsett hur långt borta det är.
Detta är inte bara av intresse för kvantfysiker. Ett kvantinternet skulle möjliggöra ultrasäker kommunikation av känsliga meddelanden. En teknik är att kryptera ett par digitala nycklar, en teknik som kallas kvantnyckeldistribution (QKD). Om två personer båda har dessa nycklar kan de prata utan rädsla för att bli snokade, eftersom en avlyssnare skulle ändra nycklarnas tillstånd och bli upptäckt.
Men QKD förlitar sig på att mäta tillståndet för de kvantkrypterade nycklarna, och eftersom den mätningen kan påverkas av förhållanden i de sändande och mottagande enheterna, måste du känna till deras exakta fysiska förhållanden. Det kan vara opraktiskt, eftersom även små fysiska fluktuationer kan kasta av sig mätningarna.
Det är därför som märkligheterna med kvantintrassling har tagits tillvara för att utgöra grunden för ett ännu bättre tillvägagångssätt. Entanglement är mycket svårare att få till stånd men kan i längden ge ett mer användbart kvantinternet än kvantnycklar. Genom att trassla in noder i ett nätverk skapar du en anslutning mellan de intrasslade partiklarna som går förbi själva enheterna och undviker det orealistiska kravet att du känner till deras exakta tillstånd.
Åtminstone i princip. I praktiken kräver förtrassling också idealiska förhållanden. Kvantsystem är känsliga för de minsta störningar: en temperaturförändring eller en liten rörelse kan kasta bort allt. Ett banbrytande experiment 2015 visade att kvantintrassling fungerade över en sträcka på bara mindre än en mil (1,3 kilometer). Under åren sedan har forskare separerat intrasslade partiklar genom att skicka dem ner genom optiska fibrer och till och med upp till en satellit och tillbaka. Men tillförlitligheten har varit mycket låg.
I en artikel i Nature idag beskriver Pan Jian-Wei vid University of Science and Technology i Kina i Hefei och hans kollegor ett experiment där de demonstrerar intrassling genom mer än 30 miles av fiber lindade i ett labb, med lägre överföringsfel än tidigare försök. Det här är en stor förbättring, säger Pan, som ibland kallas kvantumets fader.
Tricket var att hitta effektiva sätt att trassla in två partiklar. Teamet använde en atom, som stannade kvar, och en foton, som skickades ner i fibern. De fann att de kunde skapa ett intrasslat par av noder mycket mer tillförlitligt än vad som visats i tidigare experiment – inklusive den som satte milen, som den slog med fem storleksordningar.
Hur stor grej är det här resultatet? Det är trevligt, men inte alls så stort som det låter, säger Stephanie Wehner , en forskare vid QuTech, ett forskningscenter för kvantberäkning och kvantinternet i Delft i Nederländerna. Pans team använde 30 miles lindad fiber, vilket fortfarande kräver en imponerande grad av kontroll över hela systemet, men att demonstrera intrassling mellan två noder på en plats är mycket lättare än när de är faktiskt 30 mil ifrån varandra.
Men avstånd är en sak. Pans team hävdar också att dess inställning är mer tillförlitlig än tidigare exempel och därmed lägger en bättre grund för ett verkligt kvantinternet. Efter att ha demonstrerat teknikerna med en lindad fiber, tror han att de lätt kan utöka dem till att arbeta i en rak linje. De metoder som utvecklats i det här arbetet skulle kunna användas för att bygga kvantnätverk mellan städer inom en snar framtid, säger han.