Ένα σωματίδιο φωτός και ένα μόνο άτομο μόλις έγιναν κβαντικά δίδυμα — συνδεδεμένα μέσω ενός πραγματικού δικτύου οπτικών ινών.
Φυσικοί στο QuTech στην Ολλανδία πέτυχαν διεμπλοκή μεταξύ ενός μόνο φωτονίου και ενός μόνο ατόμου ρουβιδίου παγιδευμένου σε μια οπτική κοιλότητα, με το φωτόνιο να μεταδίδεται μέσω 20 χιλιομέτρων τυπικής τηλεπικοινωνιακής ίνας χωρίς να χάσει την διεμπλοκή του κβαντικής κατάστασης.
Το πείραμα απέδειξε για πρώτη φορά ότι τα φωτονικά qubits — οι φυσικοί φορείς κβαντικών πληροφοριών μέσω οπτικών ινών — μπορούν να εμπλακούν με ατομικά qubits — το φυσικό μέσο αποθήκευσης κβαντικών πληροφοριών σε κόμβους δικτύου — γεφυρώνοντας τα δύο θεμελιώδη δομικά στοιχεία ενός κβαντικού διαδικτύου.
Τα φωτόνια ταξιδεύουν αποτελεσματικά μέσω οπτικών ινών σε μεγάλες αποστάσεις, αλλά δεν μπορούν εύκολα να αποθηκεύσουν κβαντικές πληροφορίες — κινούνται με την ταχύτητα του φωτός και πρέπει να υποβληθούν σε άμεση επεξεργασία.
Τα άτομα αποθηκεύουν κβαντικές πληροφορίες σταθερά για χιλιοστά του δευτερολέπτου έως δευτερόλεπτα — μια αιωνιότητα στον χρόνο κβαντικής υπολογιστικής — αλλά δεν μπορούν να ταξιδέψουν μέσω οπτικών ινών.
Ένα κβαντικό διαδίκτυο απαιτεί και τα δύο: φωτόνια για να μεταφέρουν πληροφορίες μεταξύ κόμβων και άτομα για να τις αποθηκεύουν και να τις επεξεργάζονται σε κάθε κόμβο.
Η επίδειξη της εμπλοκής φωτονίου-ατόμου μέσω πραγματικής οπτικής ίνας αποδεικνύει ότι αυτή η υβριδική αρχιτεκτονική είναι φυσικά εφικτή.
Ένα λειτουργικό κβαντικό διαδίκτυο που βασίζεται σε υβριδικούς συνδέσμους φωτονίου-ατόμου θα επέτρεπε την κατανεμημένη κβαντική υπολογιστική — συνδέοντας γεωγραφικά διαχωρισμένους κβαντικούς επεξεργαστές σε έναν ενιαίο συνεκτικό υπολογιστικό πόρο πολύ πιο ισχυρό από οποιαδήποτε τοπική μηχανή.
Θα επέτρεπε επίσης την κβαντικά ασφαλή επικοινωνία με εγγυημένη ασφάλεια βασισμένη στη φυσική, την τυφλή κβαντική υπολογιστική όπου ένας απομακρυσμένος διακομιστής εκτελεί υπολογισμούς χωρίς ποτέ να γνωρίζει τα δεδομένα που επεξεργάζεται, και συγχρονισμένα δίκτυα κβαντικών αισθητήρων με ευαισθησία που υπερβαίνει οποιοδήποτε μεμονωμένο όργανο.
Πηγή: QuTech Delft, Ολλανδικός Οργανισμός Επιστημονικής Έρευνας, Nature, 2024
For The First Time Physicists Entangled
A Single Photon With A Single Atom
Across A Fiber Network Proving Hybrid
Quantum Networks Are Physically
Possible
A particle of light and a single atom just became quantum twins — linked across a real fiber network.
Physicists at QuTech in the Netherlands achieved entanglement between a single photon and a single rubidium atom trapped in an optical cavity, with the photon transmitted through 20 kilometers of standard telecom fiber without losing its entangled quantum state.
The experiment demonstrated for the first time that photonic qubits — the natural carriers of quantum information through fiber — can be entangled with atomic qubits — the natural storage medium of quantum information at network nodes — bridging the two fundamental building blocks of a quantum internet.
Photons travel efficiently through optical fiber over long distances but cannot easily store quantum information — they move at the speed of light and must be processed immediately. Atoms store quantum information stably for milliseconds to seconds — an eternity in quantum computing time — but cannot travel through fiber.
A quantum internet requires both: photons to carry information between nodes, and atoms to store and process it at each node. Demonstrating photon-atom entanglement through real fiber proves this hybrid architecture is physically achievable.
A functional quantum internet built on photon-atom hybrid links would enable distributed quantum computing — connecting geographically separated quantum processors into a single coherent computational resource far more powerful than any local machine.
It would also enable quantum-secured communication with guaranteed physics-based security, blind quantum computing where a remote server performs computation without ever knowing the data it processes, and synchronized networks of quantum sensors with sensitivity exceeding any single instrument.
Source: QuTech Delft, Netherlands Organisation for Scientific Research, Nature, 2024
