211service.com
Japanse telco verbreekt verstrengelingsafstandsrecord
Verstrengeling is het vreemde kwantumfenomeen waarbij twee deeltjes zo diep met elkaar verbonden zijn dat ze hetzelfde bestaan delen, ook al kunnen ze door enorme afstanden van elkaar gescheiden zijn. In de taal van de kwantummechanica worden beide deeltjes beschreven door een enkele golffunctie.
Verstrengeling maakt allerlei exotische verschijnselen mogelijk die in de gewone, niet-kwantumwereld niet kunnen voorkomen. Natuurkundigen gebruiken verstrengeling regelmatig om deeltjes van het ene deel van het universum naar het andere te teleporteren, zonder door de tussenliggende ruimte te reizen. Ze gebruiken ook verstrengeling om geheime berichten te verzenden die niet kunnen worden gekraakt. En verstrengeling is een cruciaal ingrediënt in kwantumcomputing en een kwantuminternet.
Veel natuurkundigen geloven inderdaad dat verstrengeling zo belangrijk is dat het waarschijnlijk een waardevolle hulpbron wordt die wordt gekocht en verkocht via toekomstige netwerken, zoals kwantumgoud.
Het vermogen om verstrengelde deeltjes over lange afstanden te verspreiden wordt dus steeds waardevoller. In deze blog hebben we verschillende teams gevolgd terwijl ze raceten om verschillende afstandsrecords te breken voor fenomenen die afhankelijk zijn van verstrengeling. Vorig jaar claimde een Chinees team bijvoorbeeld het afstandsrecord voor het teleporteren van fotonen over een afstand van 97 kilometer, maar een Europees team verbrak het record slechts een paar maanden later.
Vandaag gaat een Japans team nog verder. Takahiro Inagaki en een paar vrienden van de NTT Basic Research Laboratories in Kanagawa zeggen dat ze verstrengelde fotonen hebben verspreid over een afstand van 300 kilometer. Dit experimentele resultaat voor verstrengelingsdistributie over 300 km optische vezel illustreert het potentieel voor vezelexperimenten met betrekking tot kwantumcommunicatie over lange afstand, zeggen ze.
Deze jongens creëerden verstrengelde fotonen met een standaardproces dat bekend staat als parametrische neerwaartse conversie. Dit zet een enkel hoogenergetisch foton om in twee laagenergetische verstrengelde fotonen door door een kristal van lithiumniobaat te gaan.
Elk verstrengeld foton gaat dan over in een rol optische vezel van 150 kilometer lang. Het team testte vervolgens de fotonparen die tevoorschijn kwamen om te controleren of ze nog steeds verstrengeld waren, wat ze inderdaad waren.
Het probleem met dit soort experimenten is dat de meeste fotonen worden geabsorbeerd door de optische vezel. En hoe verder de fotonen reizen, hoe groter de kans dat ze worden geabsorbeerd. Dus slechts een heel klein deel van de originele fotonen verschijnt aan het einde van een vezel van 150 kilometer.
Bovendien zijn fotonendetectoren verre van perfect en registreren ze vaak fotonen als er geen aanwezig zijn. Deze zogenaamde donkere telling introduceert ruis die de weinige fotonen waarin natuurkundigen geïnteresseerd zijn, kan overspoelen.
Inagaki en co hebben dit overwonnen met een nieuwe generatie supergeleidende fotondetectoren die een veel lagere donkertelling hebben dan voorheen mogelijk was.
Dat is indrukwekkend, maar het nieuwe werk heeft duidelijke beperkingen. Inagaki en berekenen dat in hun huidige experiment het aantal fotonenparen dat tevoorschijn komt een datasnelheid van ongeveer 1 bit per 10 miljoen seconden mogelijk zou maken. Ze zeggen echter dat betere detectoren in de nabije toekomst dat zouden moeten verbeteren. Dus hoewel kwantumsleuteldistributie over 300 km in vezel moeilijk te bereiken is met onze huidige experimentele opstelling, zal het mogelijk zijn met verbeterde detectoren en een stabielere experimentele opstelling voor lange meettijden, zeggen ze.
Desalniettemin getuigt dit nieuwe werk van grote ambitie en toont het zeker de waarde die natuurkundigen hechten aan het kunnen overbrengen van verstrengeling.
Referentie: arxiv.org/abs/1310.5473 : Verstrikkingsdistributie van meer dan 300 km glasvezel