Innsbruckin yliopiston fyysikon Ben Lanyonin johtama ryhmä on lähettänyt ensimmäistä kertaa valohiukkasen, joka on lomittunut aineen kanssa yli 50 kilometrin matkan verran valokuidussa. Tämä on uusi ennätys kvantti-informaation lähettämisessä ja samalla koe avaa tietä tulevalle kvantti-internetille.
Kvantti-internet on haluttu tavoite, koska siinä kulkevaa dataa ei voi salakuunnella. Kvantti-informaatio on kuitenkin välitettävä kvanttihiukkasilla ja siihen tarvitaan erityisiä rajapintoja.
Ben Lanyonin tutkijaryhmä Innsbruckista ja Itävallan tiedeakatemian kvanttioptiikan ja kvantti-informaation instituutista on saavuttanut ennätysmäisen aineen (ionit) ja valon välisen kvanttilomittumisen siirtymisen.
Ensimmäistä kertaa 50 kilometrin matka katettiin kuituoptisella kaapelilla. - Tämä on kaksi suuruusluokkaa pidempi kuin aiemmin oli mahdollista ja on käytännöllinen etäisyys kaupunkien välisten kvanttiverkkojen rakentamisen aloittamiseen, Ben Lanyon kertoo.
Lanyonin ryhmä aloitti kokeilun ioniansoitetulla kalsiumatomilla. Lasersäteiden avulla tutkijat kirjoittavat kvanttitilan ionille ja virittävät samanaikaisesti sen emittoimaan fotonia, johon kvantti-informaatio tallennetaan. Seurauksena atomin ja valohiukkasen kvanttitilat lomittuivat.
Haasteena on fotonin välittäminen valokuidussa. - Kalsiumionin emittoiman fotonin aallonpituus on 854 nanometriä ja optinen kuitu absorboi sen nopeasti", selvittää Ben Lanyon.
Tämän takia valohiukkanen siirretään aluksi epälineaarisen kiteen läpi, jota valaisee voimakas laser. Tällä tavalla fotonin aallonpituus muunnetaan optimaaliseksi pitkän etäisyyden matkoille: nykyisen tietoliikenteen standardille aallonpituudelle 1550 nanometriä.
Sitten tutkijat lähettävät tämän fotonin 50 kilometrin pituisen valokuituun. Mittaukset osoittivat, että atomi- ja valohiukkaset olivat edelleen lomittuneet aallonpituuden muuntamisen ja näinkin pitkän matkan jälkeen.
Seuraavana askeleena Lanyon ja hänen tiiminsä osoittavat, että heidän menetelmänsä mahdollistaisi lomittuvuuden ionien välille 100 kilometrin päässä toisistaan. Kaksi solmua lähettää kumpikin lomittuneen fotonin 50 kilometrin etäisyydellä olevaan yhteyskohtaan, jossa valopartikkelit mitataan siten, että ne menettävät lomittumisensa ionien kanssa, mikä vuorostaan lomittaa ne.
Koska nyt on mahdollisuus 100 kilometrin etäisyyksiin solmupisteistä, voitaisiin siksi suunnitella seuraavien vuosien aikana maailman ensimmäisen kaupunkien välisen kvanttiverkon rakentaminen. Sellainen voitaisiin ensi vaiheessa perustaa vaikkapa Wienin ja Innsbruckin välille.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 10.10.2019
