Кванттық түйісу туралы ақпаратты ұзындығы 50 км фотондарға, ұсталған иондарға негізделген кванттық қайталағыш арқылы беруге болады. Соңғы 50 жылда байланыс желілері біздің қоғамды толығымен өзгертті және қазір оларсыз өмірді елестету қиынға соғады. Ғалымдар кванттық технологиялардағы соңғы жетістіктердің нәтижесінде кванттық құрылғыларды желілерге қосу мүмкіндігіне қуанады. Қалааралық кванттық байланыс дәстүрлі желілерде жоқ мүмкіндіктердің мүмкіндігін хабарлайды. Кванттық желілер шиеленісу және басқа кванттық әсерлерді толық пайдалану үшін бір фотон деңгейінде сигналдармен алмасады. Демек, бұл жүйелердегі істен шығудың негізгі себебі талшықтардың әлсіреуі болып табылады.
Дегенмен, екі шашыраңқы тор түйіндерін тікелей байланыстыратын кванттық қайталағыштар деп аталатын аралық желі түйіндерінің тобын пайдалану арқылы фотонды жоғалтуды болдырмауға болады. 32 м-ге бөлінген екі торлы түйіннің түйісуіне жақында алмаздағы азоттың бос орталықтарына негізделген кванттық қайталағыштың көмегімен қол жеткізілді. Аустриядағы Инсбрук университетінің қызметкері Виктор Крутянский және әріптестері кванттық қайталағыш ретінде ұсталған иондарды пайдалана отырып, ұзындығы 25 км болатын екі түйіскен түйінді 50 км ұзындықтағы бір буынға біріктіре алды. Бұл қашықтық нақты әлемдегі функционалды кванттық желілерге қажет қашықтықтың түрі.
Крутянский мен оның әріптестерінің табысының маңыздылығын функционалды кванттық қайталағыштар иеленуі керек үш идеалды қасиеттерді ескере отырып түсінуге болады. Олардың біріншісі – кванттық жадыға қол жеткізу [5]. Фотонды жоғалтуға және басқа аппараттық құралдардың жеткіліксіздігіне байланысты қашықтағы шиеленісті генерациялау әдісі түсініксіз. Егер барлық қысқа қашықтықтағы қосылымдар бір уақытта сәтті болса ғана, бір-біріне қосылу мүмкін болса, жалпы табыстылық көрсеткіші экспоненциалды түрде аз болар еді. Кванттық жадтар сәтсіз қосылымдарға шатасу әрекеттерін қайталауға мүмкіндік беретін қысқа диапазондағы шиеленісті сақтайды.
Шатасудың «қосуы» үшінші қалаған қасиетке байланысты. Бекітілген кванттық жады мен талшық бойымен жүретін «ұшатын» фотон қайталағыштың арқасында түйіседі. Ол екінші ұшатын фотонды жасау үшін жаңа жадты пайдаланып процесті қайталайды. Екі бөлек түйіскен сілтеме екі фотонды екі түрлі, қашықтағы желі түйініне жіберу арқылы жасалады. Содан кейін қайталағыш осы сілтемелерді біріктіру үшін шиеленісті ауыстыру деп аталатын процесті пайдаланады. Үштен ұшына шатасудың баға жетпес жалпы табыстылық деңгейін сақтау үшін дефрагментация процесі ықтималдық емес, детерминирленген болуы керек.
Бұл үш ерекшелікті Крутянский мен оның командасы бір жүйеге біріктірді. Олар сонымен қатар 50 км қашықтықта орналасқан екі желілік А және В түйіндерінің арасында шатастырды, бұл кванттық желілерді практикалық қолдану үшін қолайлы қашықтық. Команда бұл жетістікке екі кальций 40Ca+ ионын алып, оларды екі кванттық жады ретінде пайдалану арқылы қол жеткізе алды. Екі ион алдымен бастапқы күйіне инициализацияланады, содан кейін қайталағыш хаттаманың бөлігі ретінде лазерлік импульстармен бірнеше рет жарықтандырылады. Иондар жоғары энергетикалық күйге көтерілу үшін лазерден жеткілікті энергия алады. Иондардың кейіннен ыдырауы нәтижесінде әрбір ион фотон шығарады, ол ион-фотон жұбын шиеленісті ұстайды.
Фотондар толқын ұзындығы түрлендіргішінде жиналады, бұл шығарылатын фотондардың бастапқы толқын ұзындығын олардың кейінгі қозғалысы үшін қолайлы телекоммуникациялық толқын ұзындығына түрлендіретін құрылғы. Содан кейін екі фотон ұзындығы 25 км оптикалық талшықты катушкалар арқылы А және В түйіндеріне бағытталады. Содан кейін ион-фотондық түйісу қайталағыш арқылы ұстап тұрған екі ионға детерминирленген түйісу алмасуын орындау арқылы 50 км-ге созылатын фотон-фотондық түйіспеге айналады.
Шатасулардың таралуын бірнеше рет қайталау және А және В түйіндеріндегі фотондарды өлшеу арқылы мемлекеттік томография соңғы фотон-фотон күйін анықтай алады және ортақ фотон-фотон күйінің қаншалықты сенімді екендігінің статистикалық өлшемін жасай алады.
Мінсіз идеалды жағдай бірлік адалдығымен бейнеленеді. A және B түйіндері 9,2 Гц табыстылық жылдамдығымен және бір сынақ үшін 9,2 сәтті ықтималдығымен түйісуге қол жеткізе алды, нәтижесінде 104 сенімділік болды. Бұл сенімділік фотонды шатастыруға қажетті 0,72-тен әлдеқайда жоғары. Зерттеушілер сонымен қатар фотон-фотондық түйісу ретрансляторды пайдаланбай 0,5 км қашықтыққа таралатын эксперимент жүргізді. Қайталағыш көмегімен қолданылатын әдістерді пайдаланудың артықшылығы 50 Гц төмен табыстылық жылдамдығымен анық көрсетілген. Тәжірибенің жұмыс қашықтығында бұл артықшылық елеусіз болып көрінуі мүмкін. Дегенмен, 6,7 км-ден асатын қашықтықта қайталағыштар болмаған кезде табыс деңгейі күрт төмендейді.
Өз талдауларында Инсбрук командасы 800 км қашықтықты қамтитын бірнеше реттелген қайталағыштар үшін эксперименттік параметрлер қаншалықты жақсырақ болуы керек екенін қарастырды. Бір қызығы, көптеген мүмкіндіктерге аздаған өзгертулер енгізу қажет. Ең маңызды жақсарту бірнеше қайталағыштарды өзара қосу үшін қажет детерминирленген емес фотонды түйісу модификаторында қажет. Зерттеушілер жақсартулардың неліктен жақын арада мүмкін болатыны туралы күшті дәлелдер келтіреді.
Жақында кванттық байланыстың қызықты эксперименттік мысалдары пайда болды. Осы зерттеулерде көрсетілген ұзақ қашықтық мүмкіндіктерін ескере отырып, кванттық желілер теориялық концепциялардан практикалық қолданбаларға қарай жылдам дамып келе жатқаны анық. Дәстүрлі желі болып табылатын интернеттен алынған екі маңызды сабақты есте сақтау өте маңызды. Біріншіден, жаһандық ауқымда байланыс орнату үшін жақсы жабдықтың болуы жеткіліксіз. Дегенмен, бағдарламалық қамтамасыз етудің сенімді архитектурасы қажет. Екіншіден, жақсы бағдарламалық жасақтаманың жетілуі ұзақ уақытты алады. Аппараттық құралдар мен бағдарламалық жасақтаманы бір-бірімен үйлестіру үшін физиктер мен технологтар болашақтың кванттық интернеті үшін теңшелетін сілтеме қабатының протоколдарын және толық архитектурасын жасау үшін бірлесіп жұмыс істейді.
Дереккөз: physics.aps.org/articles/v16/84
Günceleme: 23/05/2023 12:58