PRL: квантовую запутанность передали на рекордном расстоянии 420 километров

Физики из Университета науки и технологий Китая под руководством Си-Юя Ло, Чао-Яна Вана и Мин-Яна Чжэна установили рекорд дальности материально-материальной квантовой запутанности, связав квантовую память на расстоянии 420 километров по оптоволокну. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters (PRL).

Квантовая запутанность — явление, при котором свойства двух и более частиц оказываются взаимосвязаны настолько, что измерение одной частицы мгновенно определяет параметры другой, даже на большом расстоянии. Будущий квантовый интернет потребует не только фотонов, но и квантовой памяти — устройств для хранения квантовой информации; в новой работе такой памятью служили лазерно охлажденные облака атомов рубидия.

Система состояла из двух блоков памяти, названных Алисой и Бобом, разделенных 420-километровым оптоволоконным кабелем. Посередине располагался узел Чарли, принимающий фотоны от Алисы и Боба: если Чарли фиксирует нужную интерференционную картину, это означает, что между Алисой и Бобом установлена запутанность, хотя те никогда не встречались физически.

Успех держался на трех технических решениях. Во-первых, ученые преобразовали излучаемые квантовой памятью фотоны в длины волн, используемые в телекоммуникациях, чтобы снизить потери при передаче по оптоволокну. Во-вторых, разработали систему стабилизации, непрерывно компенсирующую температурные колебания и вибрации, способные сбить квантовую интерференцию. В-третьих, применили схему запутывания на основе одного фотона вместо двух, что снизило требования к сохранности сигнала на всем пути.

Более того, начиная с расстояния свыше 320 километров система достигла более высокой скорости успешной запутанности, чем позволял бы прямой перенос запутанности по тому же оптоволокну согласно так называемой границе PLOB — фундаментальному пределу передачи квантовой информации без повторителей.