Благодаря сотрудничеству Университета Калгари, города Калгари и исследователей из США, группа физиков во главе с Вольфгангом Титтелем, профессором кафедры физики и астрономии Университета Калгари, успешно продемонстрировала телепортацию фотона ( элементарная частица света) на расстоянии шести километров по прямой, используя инфраструктуру оптоволоконного кабеля города Калгари. Проект начался с посевного гранта Urban Alliance в 2014 году.Это достижение, которое установило новый рекорд расстояния передачи квантового состояния посредством телепортации, позволило исследователям попасть в журнал Nature Photonics.
Открытие было опубликовано параллельно с аналогичной демонстрацией группой китайских исследователей.«Такая сеть обеспечит безопасную связь, не беспокоясь о подслушивании, и позволит удаленным квантовым компьютерам подключаться», — говорит Титтель.Эксперимент основан на «жутких действиях на расстоянии»Эксперимент основан на свойстве запутанности квантовой механики, также известном как «жуткое действие на расстоянии» — свойстве настолько загадочном, что даже Эйнштейн не мог с ним смириться.
«Запутанность означает, что два фотона, которые образуют запутанную пару, обладают свойствами, которые связаны независимо от того, насколько далеко они разделены», — объясняет Титтель. «Когда один из фотонов был отправлен в мэрию, он остался запутанным с фотоном, оставшимся в Университете Калгари».Затем фотон, состояние которого было телепортировано в университет, был сгенерирован в третьем месте в Калгари, а затем также отправился в мэрию, где встретился с фотоном, который был частью запутанной пары.«Произошла мгновенная и бесплотная передача квантового состояния фотона на оставшийся фотон запутанной пары, который остался в шести километрах от университета», — говорит Титтель.
Доступное темное волокно города делает исследования возможнымиИсследование было бы невозможным без доступа к надлежащей технологии. Одной из важнейших частей инфраструктуры, поддерживающей квантовые сети, является доступное темное волокно. Темное волокно, названное так из-за своего состава — одиночный оптический кабель без электроники или сетевого оборудования на юстировке — не мешает квантовым технологиям.
Город Калгари строит и поставляет темное волокно, чтобы обеспечить муниципальные услуги следующего поколения сегодня и в будущем.«Открывая городскую инфраструктуру темного волокна для частного и государственного секторов, некоммерческих компаний и научных кругов, мы помогаем развивать такие проекты, как квантовое шифрование, и создаем возможности для дальнейших исследований, инноваций и экономического роста в Калгари», — сказал Тайлер. Андрущак, руководитель проекта отдела инноваций и сотрудничества города Калгари.
«Университет получает безопасный доступ к небольшой части нашей оптоволоконной инфраструктуры, и городские власти могут извлечь выгоду в будущем, используя ключи безопасного шифрования, полученные в результате лабораторных исследований, для защиты нашей критически важной инфраструктуры», — сказал Андрущак. Чтобы предоставлять услуги нового поколения для жителей Калгарии, городские власти увеличивают площадь оптоволоконной связи, соединяя все городские здания, сооружения и активы.
С точностью до одной миллионной одной миллионной секундыКак будто телепортация фотона была недостаточно сложной, Титтель и его команда столкнулись с рядом других препятствий на своем пути.Из-за изменений температуры наружного воздуха время передачи фотонов от точки их создания до мэрии менялось в течение дня — времени, которое потребовалось исследователям, чтобы собрать достаточные данные для подтверждения своего утверждения. Это изменение означало, что два фотона не встретятся в мэрии.
«Задача заключалась в том, чтобы синхронизировать время прибытия фотонов с точностью до 10 пикосекунд», — говорит Титтель. «Это одна триллионная, или одна миллионная одной миллионной секунды».Во-вторых, части их лаборатории пришлось переместить в два места в городе, что, как объясняет Титтель, было особенно сложно для измерительной станции в мэрии, которая включала современные сверхпроводящие однофотонные детекторы, разработанные Национальным институтом. по стандартам и технологиям и Лаборатория реактивного движения НАСА.
«Поскольку эти детекторы работают только при температурах ниже одного градуса абсолютного нуля, оборудование также включает компактный криостат», — сказал Титтель.Веха на пути к глобальному квантовому Интернету
Эта демонстрация, возможно, является одним из самых ярких проявлений загадочного предсказания квантовой механики, но она также открывает путь к созданию квантового Интернета будущего — долгосрочной цели группы Tittel.