量子ネットワークは最終的に都市間でコンピュータやセンサーを接続する可能性がありますが、距離は依然として主要な工学的課題です。量子信号は光ファイバー内で急速に減衰し、長距離接続を維持することが難しくなります。中国の研究者たちは現在、量子システムをより長い光ファイバー経路で接続する方法を示しました。この設定は、レーザー冷却されたルビジウム原子を含む2つの量子メモリシステムを使用しています。この成果は、エンジニアに大都市以外で量子ネットワークを発展させるための有用なプラットフォームを提供する可能性があります。また、長光ファイバー接続の実現可能性を制限している直接量子伝送の重要な問題を解決します。
中国の研究者が量子メモリ技術を展示し光ファイバー接続距離を延長
量子メモリは、光ファイバーを通過する際に量子信号の強度を回復します。エンジニアがネットワークノード間の距離を延ばすにつれて、この問題はますます深刻になります。研究者たちはルビジウム原子雲を量子メモリとして使用しました。これらのシステムは、情報が接続全体を継続的に移動することなく量子状態を保存できます。彼らの実験では、260マイル（420キロメートル）の光ファイバー上でエンタングルメントを維持しました。この結果は、約199マイル（320キロメートル）の損失光ファイバー経路を介した直接伝送に関連する閾値を超えています。この点を超えると、直接伝送はますます非現実的になります。
量子メモリは、長いネットワークを小さな部分に分割することで、この制限を回避する方法を提供できます。
これらのメモリを同期させることも課題です。温度変化や機械的振動は、エンタングルメントを確立するために必要な量子効果に干渉する可能性があります。研究チームは、これらの変動を補償するためのアクティブスタビリティシステムを開発しました。このシステムは、光ファイバー接続内の量子状態を整列させるために設定を継続的に調整します。研究者たちはまた、量子メモリの操作波長を変更しました。この変更により、伝送プロセス中の信号損失が減少し、脆弱な量子接続を維持するのに役立ちました。
この実験は、潘建偉と彼の中国科学技術大学の同僚たちの数年にわたる研究の延長です。このグループは2020年に31マイル（50キロメートル）の光ファイバー上で量子メモリのエンタングルメントを実現したことを示しました。2024年には、研究者たちは三ノードの量子ネットワークを構築しました。この新しい距離は、この方法をより広域ネットワークに関連する分野に推進します。これにより、長光ファイバー接続における損失や環境干渉があっても、量子メモリがエンタングルメントを維持できることが示されました。量子エンタングルメントは、分離したシステム間に共有の量子状態を創造します。科学者たちはこの能力を、将来の量子通信、量子計算、ネットワークセンサーの基礎と見なしています。
より大きな量子ネットワークは最終的に都市間で量子プロセッサを接続する可能性があります。このようなシステムは、分散型センサーがより広範囲で測定を調整することを許可することもできます。潘のチームは量子安全通信においても進展を遂げました。今年の2月、潘が率いる別のグループは、62マイル（100キロメートル）を超える光ファイバー上で安全な情報を伝送しました。このシステムは、異なるネットワークノードに閉じ込められた単一のルビジウム原子を使用しました。研究者たちはこの作業を『サイエンス』誌に報告しました。最新の実験は機能的な長距離量子インターネットを構築するには至っていませんが、量子メモリが直接光ファイバー伝送に対して厳しい制限を課す距離でエンタングルメントを維持できることを示しています。
この研究は8月11日に『フィジカルレビュー レターズ』に発表されました。