В нов експеримент учени реализираха квантово заплитане между две устройства с квантова памет чрез 420-километрова оптична линия. Постижението е дело на изследователи от Университета за наука и технологии на Китай (USTC) и Шанхайския институт по микросистеми и информационни технологии към Китайската академия на науките.
Обявеният резултат е нов рекорд за обхвата на заплитане между материални кубити – физически носители на квантова информация. Експериментът също така надхвърля теоретичния PLOB (Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi) лимит за директно разпространение на квантово заплитане без квантови ретранслатори при разстояния над 230 км.
Устройствата с квантова памет могат да съхраняват квантово състояние и да го предават между възли на бъдещи квантови мрежи. Заплитането между тях е сред основите на квантовите комуникации на големи разстояния, разпределените квантови изчисления и квантовите измервания.
Основният проблем при подобни експерименти са загубите във влакното. С увеличаване на разстоянието все по-малко фотони достигат до крайната точка. Затова учените трябва едновременно да намалят загубите и да поддържат стабилността на фотоните.
За експеримента на 420 км е променена дължината на вълната на квантовата памет от 795 на 780 нм. Системата за квантово преобразуване на честотата е преработена така, че излъчваните фотони да попадат в прозореца с най-ниски загуби на оптичния кабел.
Учените са използвали и комбинация от методи за фазово заключване, която компенсира както високочестотния шум, така и бавните промени във фазата. Така дори при 420 км фотоните от двата квантови спомена са запазили стабилна интерференция, потвърждаваща наличието на квантово заплитане.
Особен интерес представлява начинът, по който е постигнат резултатът. При използваната схема за свързване чрез еднофотонна интерференция вероятността за успешно установяване на заплитане зависи само от половината от ефективността на предаване на канала.
Това означава, че при разстояния над 230 км схемата може да надхвърли PLOB лимита – теоретичната граница за пропускателната способност на директен квантов канал без ретранслатори.
Екипът на USTC постепенно увеличава обхвата на експериментите си. През 2020 г. учените постигнаха заплитане между устройства с квантова памет по 50-километрово оптично влакно. През 2024 г. изградиха мрежа с три квантови възела в градски мащаб в Хъфей, а през 2026 г. демонстрираха заплитане между два възела на 100 км.
Новият експеримент с 420 км, според авторите, създава основа за изследване на междуградски квантови мрежи и приложения на квантовите комуникации извън градския мащаб.
