Cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA, Stony Brook University, e a Energy Sciences Network (ESnet) do DOE estão colaborando em um experimento que coloca a pesquisa de redes quânticas dos EUA no mapa internacional. Os pesquisadores construíram uma bancada de teste de rede quântica que conecta vários edifícios no campus do Laboratório Brookhaven usando fontes únicas de emaranhamento quântico portátil e uma rede de fibra de comunicação DOE ESnet existente - um passo significativo na construção de uma rede quântica em grande escala que pode transmitir informações a longas distâncias.

"Na mecânica quântica, as propriedades físicas das partículas emaranhadas permanecem associadas, mesmo quando separados por grandes distâncias. Assim, quando as medições são realizadas em um lado, também afeta o outro, "disse Kerstin Kleese van Dam, diretor da Iniciativa de Ciência da Computação do Brookhaven Lab (CSI). "A data, este trabalho foi demonstrado com sucesso com fótons emaranhados separados por aproximadamente 11 milhas. Esta é uma das maiores redes de distribuição de emaranhamento quântico do mundo, e o experimento de emaranhamento de maior distância nos Estados Unidos. "

Este projeto de teste de rede quântica inclui a equipe da CSI e da Divisão de Instrumentação e Departamento de Física de Brookhaven, bem como professores e alunos da Stony Brook University. O projeto também faz parte do Nordeste Quantum Systems Center. Um aspecto distinto do trabalho da equipe que o diferencia de outras redes quânticas operadas na China e na Europa - ambas há muito comprometidas com as pesquisas da ciência da informação quântica - é que as fontes de emaranhamento são portáteis e podem ser facilmente montadas em um servidor de computador de data center padrão racks que são conectados a painéis de distribuição de fibra regulares.

A equipe instalou com sucesso uma fonte de fótons emaranhados quânticos portátil em um rack de servidor alojado no Centro de Dados e Computação Científicos do BNL, onde o hub de rede central do laboratório está localizado. Com esta conectividade, fótons emaranhados agora podem ser distribuídos para todos os prédios no campus do laboratório usando a infraestrutura de fibra Brookhaven e ESnet existente. As fibras da ESnet foram introduzidas em caminhos entre edifícios para permitir a distribuição e o estudo do emaranhamento em distâncias cada vez maiores. As fontes portáteis de emaranhamento também são compatíveis com as memórias quânticas existentes, células de vidro preenchidas com átomos que podem armazenar informações quânticas. Normalmente mantido em temperaturas superfrias, essas células podem ser estimuladas com lasers para controlar os estados atômicos dentro delas.

Em trabalho patrocinado pelo programa do DOE Small Business Innovation Research (SBIR), a bancada de teste Brookhaven-Stony Brook-ESnet apresenta memórias quânticas portáteis que podem operar em temperatura ambiente. Essas memórias quânticas, projetado para redes quânticas em grande escala, tem sido um "projeto de estimação" de longa data para Eden Figueroa, um nomeado conjunto com CSI e Divisão de Instrumentação de Brookhaven e um professor da Stony Brook University que lidera seu grupo de Tecnologia da Informação Quântica. Ele atua como investigador principal do projeto de teste de rede quântica.

"A demonstração visa combinar o emaranhamento com memórias quânticas atômicas compatíveis, "Figueroa disse." Nossas memórias quânticas têm a vantagem de operar em temperatura ambiente, em vez de requerer um frio de congelamento. Isso torna natural expandir o teste aos princípios dos repetidores quânticos, que são a chave tecnológica para alcançar a comunicação quântica ao longo de centenas de quilômetros. "

Redes quânticas enviam pulsos de luz (fótons) através da fibra, o que requer que a luz seja periodicamente amplificada à medida que viaja pelas linhas. Contudo, ao contrário das transmissões digitais em redes de comunicação, o emaranhamento quântico é limitado pela decoerência, onde fótons emaranhados, por exemplo, reverter para estados clássicos porque as interações com o ambiente fazem com que percam a capacidade de permanecer enredados. Isso limita esses frágeis estados quânticos de serem enviados a grandes distâncias.

Repetidores quânticos viáveis ​​permitirão que Figueroa e sua equipe escalem seus experimentos em andamento dentro de redes quânticas de "área local" para uma distribuição, ou "área ampla, "versão. Em antecipação a isso, a equipe está construindo as conexões ópticas necessárias para ligar a rede quântica do Laboratório Brookhaven às que já existem nas universidades de Stony Brook e Yale.

"Percebendo a rede quântica com fontes de fótons emaranhadas montadas em racks de servidores, memórias quânticas portáteis, e repetidores operáveis ​​marcarão a primeira rede de comunicação quântica real do mundo que realmente conecta processadores de computação quântica e memórias usando emaranhamento quântico fotônico, "Figueroa disse." Isso marcará uma mudança radical nas comunicações que podem impactar o mundo. "