Chinesische Physiker stellen Rekord bei Quantenverschränkung über 420 Kilometer auf

Ein Team von Physikern an der University of Science and Technology of China hat zwei Quantenspeicher über 420 Kilometer Glasfaser verschränkt und damit einen neuen Rekord für glasfaserbasierte Materie-zu-Materie-Verschränkung aufgestellt, der mehr als viermal so weit ist wie jede bisherige Demonstration.yahoo+1

Funktionsweise

Das Experiment, geleitet von Xi-Yu Luo, Chao-Yang Wang und Ming-Yang Zheng, nutzte laserkühlte Wolken aus Rubidiumatomen als Quantenspeicher. Zwei Speichereinheiten, genannt Alice und Bob, wurden an den entgegengesetzten Enden der Glasfaserverbindung platziert, während ein zentraler Knotenpunkt namens Charlie die von jedem Speicher emittierten Photonen detektierte. Als Charlie das korrekte Interferenzmuster beobachtete, bestätigte dies, dass die Verschränkung zwischen den beiden entfernten Speichern erreicht worden war.arxiv+1

Drei technische Fortschritte machten diese Leistung möglich. Erstens konvertierte das Team Photonen aus den Speichern in Wellenlängen des Telekommunikationsbandes, wodurch Übertragungsverluste in der Glasfaser reduziert wurden. Zweitens korrigierte ein Stabilisierungssystem kontinuierlich Temperaturschwankungen und Vibrationen, die die Quantensignale hätten stören können. Drittens verwendeten sie ein Schema zur Verschränkung einzelner Photonen, bei dem nur ein Photon die Reise überleben muss, anstatt zwei.sciencealert

Überwindung fundamentaler Grenzen

Über den reinen Distanzrekord hinaus erreichte das Experiment einen theoretischen Maßstab, der als PLOB-Grenze bekannt ist, ein Ergebnis aus dem Jahr 2017, das die maximale Rate definiert, mit der Quanteninformationen ohne Repeater durch einen verlustbehafteten Kanal reisen können. Bei Entfernungen von über 320 Kilometern erzeugte das System des Teams die Verschränkung schneller, als es mit direkter optischer Übertragung möglich wäre, was zeigt, dass speicherbasierte Quantennetzwerke selbst die bestmögliche direkte Glasfaserverbindung übertreffen können.arxiv+1

Auf dem Weg zum Quanteninternet

Ein praktisches Quanteninternet ist noch Jahre entfernt, aber die Langstrecken-Verschränkung zwischen stationären Quantenspeichern gilt weithin als einer seiner wesentlichen Bausteine. Frühere Demonstrationen hatten Speicher im Jahr 2020 über etwa 50 Kilometer und 2023 über städtische Netzwerke von etwa 20 Kilometern verbunden. Der Sprung auf 420 Kilometer hebt die Technologie von der städtischen auf die interstädtische Ebene.sciencenews+1

"Unser Experiment bietet eine Testumgebung zur Untersuchung von Quantennetzwerkanwendungen jenseits der städtischen Ebene", schreiben die Forscher in ihrem Artikel, der in Physical Review Letters veröffentlicht wurde. Sie merken an, dass das System auch bei kürzeren Entfernungen von etwa 100 Kilometern Verschränkungen mit hohen Raten erzeugt, was den Bau von Quantenrepeatern unterstützen könnte, also Geräten, die schließlich viele solcher Verbindungen zu kontinentumspannenden Netzwerken verketten würden.sciencealert+1