Voor het eerst is kwantumteleportatie aangetoond via een glasvezelkabel die klassiek verkeer (zoals internet) vervoert. Het werk suggereert dat het mogelijk zal zijn om te profiteren van de voordelen die kwantumcommunicatie biedt zonder een geheel nieuwe infrastructuur te hoeven bouwen parallel aan wat al bestaat.
Kwantumverstrengelingberoemd bespot door Einstein als “griezelige actie op afstand”, maakt het mogelijk dat veranderingen in het ene verstrengelde deeltje overeenkomstige afwisselingen in een ander deeltje teweegbrengen, ongeacht hun scheiding. Dit betekent dat informatie tussen twee punten kan worden overgebracht zonder dat u daartussen hoeft te reizen – met andere woorden: informatieteleportatie.
Dat betekent echter niet dat we zonder transmissienetwerk kunnen. De verstrengelde deeltjes beginnen samen en moeten reizen tussen de locatie van de zender en de ontvanger. Als de gebruikte deeltjes fotonen zijn, kan dat met behulp van glasvezelkabels, zoals die het grootste deel dragen van internet. Eerdere demonstraties van kwantumcommunicatie zijn echter in alle rust uitgevoerd, in plaats van de fotonen langs optische supersnelwegen te laten reizen die vol staan met niet-gerelateerde berichten.
Dit is wat professor Prem Kumar van de Northwestern University en zijn team hebben veranderd. Zij merkten op eerder bewijsmateriaal dat alle verstrengelde transmissies op golflengten die dicht bij de golflengten liggen die intensief worden gebruikt voor gewoon internetverkeer gemakkelijk zouden worden verstoord. Door echter een golflengte te gebruiken die ver verwijderd is van verkeer, zou de delicate verstrengeling kunnen overleven, onaangetast door wat er verder aan de hand was.
Nadat ze 1290 nanometer hadden geselecteerd vanwege hun kwantumgolflengte, verstrengelden Kumar en collega’s fotonen en stuurden ze over een optische vezel van 30,2 kilometer (18,8 mijl), die ook werd gebruikt om 400 Gbps internetverkeer in de populaire C-band (1547 nanometer) te transporteren. . Vervolgens verstoorden ze de fotonen aan de ene kant en zochten ze naar overeenkomende veranderingen aan de andere kant, om te zien of de verstrengeling intact was.
“We hebben zorgvuldig bestudeerd hoe licht wordt verstrooid en hebben onze fotonen op een juridisch punt geplaatst waar dat verstrooiingsmechanisme wordt geminimaliseerd”, zei Kumar in een onderzoek. stelling. “We ontdekten dat we kwantumcommunicatie konden uitvoeren zonder interferentie van de klassieke kanalen die tegelijkertijd aanwezig zijn.”
“Dit vermogen om informatie te verzenden zonder directe transmissie opent de deur voor nog geavanceerdere kwantumtoepassingen die zonder speciale glasvezel kunnen worden uitgevoerd”, zegt eerste auteur, promovendus Jordan Thomas.
Naast de keuze van de golflengte vereiste het werk andere methoden om ruis te onderdrukken, zoals filters bij de ontvangers die niet-verstrengelde fotonen uitsluiten die de resultaten zouden kunnen verstoren.
De hoeveelheid informatie die in dit geval wordt verzonden en de afstand waarover deze wordt verzonden, zijn te klein om van praktisch nut te zijn. In feite bevonden de zender en de ontvanger zich op dezelfde campus, waarbij de glasvezels op elkaar waren aangesloten in plaats van locaties op 30 kilometer afstand met elkaar te verbinden.
Als het proof-of-principle echter kan worden opgeschaald, zou de techniek het mogelijk maken om informatie te verzenden zonder het risico van afluisteren, evenals het netwerken van kwantumcomputers.
Een van de meer geavanceerde technieken die het team hoopt te demonstreren is “verstrengeling wisselen”waar fotonen die voorheen onafhankelijk waren aan beide uiteinden van de kabel verstrikt raken.
« Veel mensen hebben lang aangenomen dat niemand een gespecialiseerde infrastructuur zou bouwen om lichtdeeltjes te verzenden », zei Kumar. “Als we de golflengten goed kiezen, hoeven we geen nieuwe infrastructuur aan te leggen. Klassieke communicatie en kwantumcommunicatie kunnen naast elkaar bestaan.”
Het werk wordt open access gepubliceerd in het tijdschrift OPTISCH.
