Sciencemag.cz
Doporučujeme
V rámci kvantové komunikace/kryptografie informaci obvykle nesou fotony. Přepravit provázaný (entanglement) stav jiných částic je samozřejmě mnohem náročnější. Proto ani nový rekord není na pohled zvlášť oslnivý – 20 km, a to ještě v optickém vlákně, nikoliv vzduchem. Je ale třeba si uvědomit, že vědci z mnichovské a Ludwig Maximilian University a Saarland University (Saarbrücken) dokázali neporušený přenos mnohem většího objektu – fotonu provázaného s celým atomem, v tomto případě rubidia. Pokud by provázané částice nesly informaci (v kvantové kryptografii by šlo o šifrovací klíč), šlo by jejich stav na konci odečíst se zárukou, že s informací během přenosu nikdo nemanipuloval (nikdo ji nepřečetl).
Pro srovnání: předchozí rekord byl 700 metrů. Vedoucí výzkumného týmu Harald Weinfurter a jeho kolegové přitom nepoužili žádné speciální technologie, ale běžná optická vlákna.
Budoucí kvantové sítě by měly zahrnovat mnohem víc než jen kvantovou distribuci šifrovacích klíčů, tedy kvantovou kryptografii. (poznámka PH: samotná zpráva se pak většinou šifruje klíčem o stejné délce, takže ji už stačí posílat normálním kanálem; u posílání šifrovacího klíče stačí ověřit, že nedošlo k odposlechu, právě to umožňuje zajistit/odhalit kvantová fyzika; pokud k odposlechu došlo, respektive je-li zde nějaké podezření, nic se neděje a prostě se vygeneruje nový šifrovací klíč a ten zachycený je útočníkovi k ničemu; kdyby se posílala rovnou zpráva, příjemce by sice mohl zjistit, že někomu padla do rukou, ale to už by bylo pozdě). Například právě kombinace atomů a fotonů by mohla vytvářet kvantové paměti.
Co se týče vlastního technického zvládnutí experimentu, vědci potřebovali vyřešit to, že rubidium po excitaci produkuje fotony o vlnové délce 780 nanometrů. V běžném optickém vlákně se fotony s touto vlnovou délkou rychle absorbují, jako standard se v optických kabelech používají vlnové délky kolem 1550 nanometrů. Proto bylo třeba sestrojit speciální kvantový frekvenční měnič, který zvyšoval vlnovou délku fotonu. To ale zase bylo spojeno s řadou těžkostí, foton se musel měnit zase na jediný foton a kromě změny frekvence/vlnové délky se nesměla změnit žádná další vlastnost fotonu/zapleteného stavu, např. polarizace.
Dalším krokem má být přenos fotonu vyzářeného druhým atomem, což by mělo znamenat propojený stav i mezi dvěma atomy na dlouho vzdálenost (?).
Tim van Leent et al. Long-Distance Distribution of Atom-Photon Entanglement at Telecom Wavelength, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.010510
Zdroj: Ludwig Maximilian University of Munich/Phys.org a další
Na University of Innsbruck již loni v létě oznámili, že provázaný stav přenesli optickým vláknem na 50 km. V tomto případě byl foton vyzářen iontem vápníku, opět byl problém s vlnovou délkou (854 nanometrů). (V. Krutyanskiy et al, Light-matter entanglement over 50 km of optical fibre, npj Quantum Information (2019). DOI: 10.1038/s41534-019-0186-3). Jak se oba experimenty od sebe liší, respektive co je tedy rekordní na novém výsledku?
