Ovogodišnja Nobelova nagrada za fiziku proslavila je fundamentalni interes za kvantnu isprepletanost, a takođe je predvidela potencijalne primene u „drugoj kvantnoj revoluciji“ – novom dobu kada smo u mogućnosti da manipulišemo rukovodimo stvarnost kvantne mehanike, uključujući kvantnu superpoziciju i zapetljanost. Kvantna mreža velikih razmera i potpuno funkcionalna je sveti gral kvantnih informacionih nauka. To će otvoriti novu granicu fizike, sa novim mogućnostima za kvantno računanje, komunikaciju i metrologiju.
Jedan od najznačajnijih izazova je proširiti distancu kvantne komunikacije na praktično korisnu razmeru. Za razliku od klasičnih signala koji se mogu bešumno pojačati, kvantna stanja u superpoziciji se ne mogu pojačati jer se ne mogu savršeno klonirati. Prema tome, kvantna mreža visokih performansi zahteva ne samo kvantne kanale sa ultra malim gubicima i kvantnu memoriju, već i kvantne izvore svetlosti visokih performansi. Nedavno je došlo do uzbudljivog napretka u satelitskim kvantnim komunikacijama i kvantnim repetitorima, ali nedostatak odgovarajućih izvora sa jednim fotonom ometa dalji napredak.
Šta je potrebno od izvora sa jednim fotonom za kvantne mrežne aplikacije? Prvo, trebalo bi da emituje jedan (samo jedan) foton u isto vreme. Drugo, da bi se postigla osvetljenost, jednofotonski izvori treba da imaju visoku efikasnost sistema i visoku stopu ponavljanja. Treće, za aplikacije kao što je kvantna teleportacija koje zahtevaju ometanje nezavisnih fotona, pojedinačni fotoni bi trebalo da se ne razlikuju. Dodatni zahtevi uključuju skalabilnu platformu, podesivu i uskopojasnu širinu linije (povoljno za vremensku sinhronizaciju) i međusobnu povezanost sa kubitima materije.
Obećavajući izvor su kvantne tačke (KD), poluprovodničke čestice od samo nekoliko nanometara. Međutim, u poslednje dve decenije, vidljivost kvantne interferencije između nezavisnih KD retko je prelazila klasičnu granicu od 50%, a udaljenosti su bile ograničene na oko nekoliko metara ili kilometara.
Kako je objavljeno u Advanced Photonics, međunarodni tim istraživača je postigao kvantnu interferenciju visoke vidljivosti između dva nezavisna KD-a povezana sa oko 300 km optičkih vlakana. Oni izveštavaju o efikasnim i nerazlučivim jednofotonskim izvorima sa ultra-niskim nivoom šuma, podesivom konverzijom frekvencije sa jednim fotonom i prenosom dugih vlakana niske disperzije.
Pojedinačni fotoni se generišu iz rezonantno vođenih pojedinačnih KD-ova deterministički povezanih sa mikrošupljinama. Kvantne frekvencijske konverzije se koriste da eliminišu nehomogenost KD i pomeraju talasnu dužinu emisije u telekomunikacioni opseg. Uočena vidljivost interferencije je do 93%. Prema starijem autoru Chao-Iang Luu, profesoru na Univerzitetu nauke i tehnologije Kine (USTC), „izvodljiva poboljšanja mogu dalje produžiti udaljenost do ~600 km“.
Lu napominje: „Naš rad je skočio iz prethodnih kvantnih eksperimenata zasnovanih na KD-u na skali od ~1 km do 300 km, dva reda veličine veći, i time otvara uzbudljivu perspektivu kvantnih mreža čvrstog stanja.“ Sa ovim prijavljenim skokom, zora kvantnih mreža čvrstog stanja mogla bi uskoro početi da se približava danu.
