研究者らは革新的な技術を使用し、これまでの限界を克服して毎秒7.1量子ビットという新たな速度記録を打ち立て、量子長距離伝送技術の開発を前進させ、効率的で広範囲にわたる量子インターネットに向けた重要な一歩を示した。

量子テレポーテーションは、量子もつれと古典的な通信を使用して、量子情報を遠隔地に送信します。この概念は、実験室実験から実用的な実世界でのテストに至るまで、さまざまな量子光システムに実装されています。注目に値するのは、地球低周回衛星ミシウスを使用して、科学者たちが量子情報を 1,200 キロメートル以上の距離に送信することに成功したことです。しかし、現在、ヘルツオーダーの伝送速度を備えた量子伝送システムは存在しません。これは、量子インターネットの将来の応用を妨げます。

「Light Science & Application」に掲載された論文では、中国電子科学技術大学のGuo Guangcan教授とZhou Qiang教授が率いる科学者チームが、中国科学院上海マイクロシステム情報技術研究所のYou Lixing教授と共同研究した。 「UESTC First City Quantum Internet」に基づいて、テレポート速度を初めて毎秒 7.1 量子ビットに増加しました。これは都市エリア内の量子テレポーテーションシステムの新記録を樹立した。

a、コンベア システムの上空からの眺め。アリス「A」はネットワーク交換室におり、ボブ「B」とチャーリー「C」は 2 つの異なる研究室にいます。 3 つのノードを接続するすべての光ファイバーは、UESC バックボーン ネットワークに属します。実験中、アリス、ボブ、チャーリーによって生成された信号のみがこれらの「ダーク」ファイバーを介して送信されました。アリスは、弱いコヒーレントの単一光子源を使用して初期状態を準備し、それを量子チャネルを通じてチャーリーに送信します。ボブのもつれソースはもつれ光子のペアを生成し、その光子が別の量子チャネルを通じてチャーリーに遅延光子を送信します。チャーリーは、アリスとボブが送信した量子ビットに対して共同ベル状態測定 (BSM) を実行し、それらを 4 つのベル状態のいずれかに投影します。次に、BSM の結果が古典チャネルを通じてボブに送信され、ボブは信号光子に対してユニット (U) 変換を実行して初期状態を復元します。

「実験室の外での高速量子テレポーテーションの実証には一連の課題が伴います。この実験はこれらの課題を克服する方法を示し、それによって将来の量子インターネットにとって重要なマイルストーンを設定します」とこの研究の責任著者である周強教授は述べた。現実世界の量子テレポーテーション システムの実験における主要な課題は、ベル状態測定 (BSM) を実行することです。

量子テレポーテーションを確実に成功させ、ベル状態測定 (BSM) の効率を向上させるには、アリスとボブの光子が、光ファイバーで長距離伝送された後、チャーリーで区別できなくなる必要があります。研究チームは、光子の経路長差と偏光の迅速な安定化を可能にする、完全に動作するフィードバック システムを開発しました。

一方、研究チームは、単一の光ファイバーの端に周期的に分極したニオブ酸リチウム導波路を使用して、もつれた光子対を生成した。これに基づいて、彼らは長距離伝送システム向けに500MHzの繰り返し率を備えた高品質の量子もつれ光源を開発した。

赤いバーは、QST を使用して測定された忠実度です。青いバーは、DSM を使用して得られた忠実度です。どちらの方法の忠実度も、古典的な制限である 2/3 (灰色の点線) を超えています。

量子光学に基づくこのような高速量子テレポーテーションでは、できるだけ多くのイベントを収集するために最も高感度の光子センサーが必要です。 You Lixing 教授が率いるチームは、Photon Technology Co., Ltd. の同僚とともに、この実験に高性能超伝導ナノワイヤ単一光子検出器を提供しました。検出器は非常に効率的で事実上ノイズがないため、高効率の BSM および量子状態分析が実現します。

研究チームは、量子状態トモグラフィーとデコイ状態という2つの手法を用いて遠隔伝送の忠実度を計算し、古典的な限界（66.7％）を大幅に上回り、高速都市量子遠隔伝送が実現していることを確認した。

将来的には、「中国第一大都市量子インターネット大学」は、統合型量子光源、量子中継器、量子情報ノードを組み合わせて、「高速、高忠実度、マルチユーザー、長距離」の量子インターネットインフラを開発することが期待されている。研究チームはまた、このインフラストラクチャが量子インターネットの実用化をさらに促進すると予測しています。