Jaringan Quantum Advance Dengan belitan dari Foton, Solid-State qubit

Sebuah tim dari Harvard fisikawan yang dipimpin oleh Mikhail D. Lukin telah mencapai belitan kuantum foton dan bahan solid-state pertama kalinya. Karya ini menandai kemajuan penting ke arah jaringan kuantum praktis, sebagai demonstrasi eksperimental pertama dari sebuah sarana yang bit kuantum solid-state, atau "qubit," dapat berkomunikasi dengan satu sama lain dalam jarak jauh.

Quantum jaringan aplikasi seperti komunikasi jarak jauh dan didistribusikan komputasi akan memerlukan node bahwa proses dan data kuantum di qubit akan terhubung ke satu sama lain dengan belitan, sebuah negara di mana dua atom yang berbeda menjadi tak terhapuskan terkait seperti yang satu mewarisi properti dari lainnya.

"Dalam komputasi kuantum dan komunikasi kuantum, sebuah pertanyaan besar telah atau bagaimana mungkin untuk benar-benar menghubungkan qubit, yang dipisahkan oleh jarak yang jauh, satu sama lain," kata Lukin, profesor fisika di Harvard dan co-penulis jurnal menggambarkan pekerjaan dalam jurnal Nature.

"Demonstrasi dari belitan kuantum antara bahan solid-state dan foton adalah suatu kemajuan penting untuk menghubungkan qubit bersama-sama ke dalam jaringan kuantum."

Keterkaitan kuantum sebelumnya telah ditunjukkan hanya dengan foton dan ion individu atau atom.

"Pekerjaan kami mengambil satu langkah lebih lanjut, menunjukkan bagaimana seorang insinyur mengendalikan interaksi antara foton individu dan materi dalam bahan solid-state," kata Emre Togan pertama penulis, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang fisika di Harvard. "Terlebih lagi, kami menunjukkan bahwa foton dapat dicetak dengan informasi yang disimpan dalam sebuah qubit."

Keterkaitan kuantum, terkenal disebut "aksi seram pada jarak" oleh Albert Einstein skeptis, adalah sifat dasar mekanika kuantum. Hal ini memungkinkan seseorang untuk mendistribusikan informasi kuantum lebih dari puluhan ribu kilometer, hanya dibatasi oleh seberapa cepat dan seberapa jauh anggota pasangan dilibatkan bisa menyebar dalam ruang.

Hasil baru dibangun berdasarkan karya sebelumnya oleh kelompok Lukin untuk menggunakan kotoran atom tunggal dalam berlian sebagai qubit. Lukin dan koleganya sebelumnya telah menunjukkan bahwa kotoran tersebut dapat dikendalikan dengan memfokuskan sinar laser pada cacat kisi berlian mana nitrogen menggantikan atom karbon. Yang bekerja sebelumnya menunjukkan bahwa derajat spin apa yang disebut kebebasan pengotor ini membuat memori kuantum yang sangat baik.

Lukin dan rekan-penulis sekarang mengatakan bahwa kotoran ini juga luar biasa gembira karena ketika dengan urutan tersetel microwave dan laser pulsa, mereka dapat memancarkan foton satu demi satu, sehingga foton yang dilibatkan dengan memori kuantum. Seperti aliran foton tunggal dapat digunakan untuk transmisi informasi yang aman.

"Sejak foton adalah tercepat pembawa informasi kuantum, dan memutar memori dapat menyimpan informasi kuantum untuk periode waktu yang relatif lama, melibatkan foton spin-pasangan yang ideal untuk realisasi jaringan kuantum," kata Lukin. "Seperti sebuah jaringan, sebuah analog kuantum ke internet konvensional, bisa memungkinkan komunikasi benar-benar aman dalam jarak jauh."

Lukin dan Togan's co-penulis di atas kertas Nature Yiwen Chu, Alexei Trifonov, Jeronimo Maze, dan Alexander S. Zibrov, semua di Harvard; Liang Jiang dari Harvard dan Institut Teknologi California; Lilian I. Childress dari Harvard dan Bates College ; MV Gurudev Dutt dari Harvard dan University of Pittsburgh; AS Sorensen di University of Copenhagen, dan Phillip R. Hemmer dari Texas A & M University. Pekerjaan itu didukung oleh Pertahanan Advanced Research Projects Agency, Pusat Harvard-MIT untuk Ultracold Atom, National Science Foundation, Pertahanan Nasional Sains & Teknologi Graduate Fellowship, dan Yayasan Packard.