Científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Universidad de Stony Brook, y la Energy Sciences Network (ESnet) del DOE están colaborando en un experimento que coloca la investigación de redes cuánticas de EE. UU. en el mapa internacional. Los investigadores han construido un banco de pruebas de red cuántica que conecta varios edificios en el campus de Brookhaven Lab utilizando fuentes de entrelazamiento cuántico portátiles únicas y una red de fibra de comunicaciones DOE ESnet existente, un paso significativo en la construcción de una red cuántica a gran escala que puede transmitir información a largas distancias.

"En mecánica cuántica, las propiedades físicas de las partículas entrelazadas permanecen asociadas, incluso cuando están separados por grandes distancias. Por lo tanto, cuando las mediciones se realizan en un lado, también afecta al otro, "dijo Kerstin Kleese van Dam, director de la Iniciativa de Ciencias Computacionales (CSI) de Brookhaven Lab. "Hasta la fecha, este trabajo se ha demostrado con éxito con fotones entrelazados separados por aproximadamente 11 millas. Esta es una de las redes de distribución de entrelazamiento cuántico más grandes del mundo, y el experimento de entrelazamiento de mayor distancia en los Estados Unidos ".

Este proyecto de banco de pruebas de redes cuánticas incluye personal de CSI y la División de Instrumentación y el Departamento de Física de Brookhaven, así como profesores y estudiantes de la Universidad de Stony Brook. El proyecto también es parte del Northeast Quantum Systems Center. Un aspecto distinto del trabajo del equipo que lo distingue de otras redes cuánticas que se ejecutan en China y Europa, ambas comprometidas desde hace mucho tiempo con las búsquedas de la ciencia de la información cuántica, es que las fuentes de entrelazamiento son portátiles y se pueden montar fácilmente en un servidor de computadora estándar del centro de datos. racks que están conectados a paneles de distribución de fibra regulares.

El equipo instaló con éxito una fuente portátil de fotones entrelazados cuánticos en un bastidor de servidores ubicado dentro del Centro de Computación y Datos Científicos de BNL. donde se encuentra el concentrador de red central del laboratorio. Con esta conectividad, Los fotones entrelazados ahora se pueden distribuir a todos los edificios del campus del laboratorio utilizando la infraestructura de fibra Brookhaven y ESnet existente. Las fibras de ESnet se han introducido en caminos entre edificios para permitir la distribución y el estudio del entrelazamiento en distancias cada vez más largas. Las fuentes de entrelazamiento portátiles también son compatibles con las memorias cuánticas existentes, células de vidrio llenas de átomos que pueden almacenar información cuántica. Normalmente se mantiene a temperaturas muy frías, estas células pueden estimularse utilizando láseres para controlar los estados atómicos dentro de ellas.

En un trabajo patrocinado por el programa de Investigación de Innovación de Pequeñas Empresas (SBIR) del DOE, el banco de pruebas Brookhaven-Stony Brook-ESnet cuenta con memorias cuánticas portátiles que pueden funcionar a temperatura ambiente. Tales memorias cuánticas diseñado para redes cuánticas a gran escala, han sido un "proyecto favorito" durante mucho tiempo para Eden Figueroa, una persona designada conjuntamente con la División de Instrumentación y CSI de Brookhaven y un profesor de la Universidad de Stony Brook que dirige su grupo de Tecnología de la Información Cuántica. Se desempeña como investigador principal del proyecto del banco de pruebas de redes cuánticas.

"La demostración tiene como objetivo combinar el entrelazamiento con memorias cuánticas atómicas compatibles, ", Dijo Figueroa." Nuestras memorias cuánticas tienen la ventaja de operar a temperatura ambiente en lugar de requerir un frío bajo cero. Esto hace que sea natural expandir la prueba a los principios de los repetidores cuánticos, que son la clave tecnológica para lograr la comunicación cuántica a lo largo de cientos de kilómetros ".

Las redes cuánticas envían pulsos de luz (fotones) a través de la fibra, lo que requiere que la luz se amplifique periódicamente a medida que viaja a través de las líneas. Sin embargo, a diferencia de las transmisiones digitales en las redes de comunicación, el entrelazamiento cuántico está limitado por la decoherencia, donde fotones entrelazados, por ejemplo, volver a los estados clásicos porque las interacciones con el entorno les hacen perder la capacidad de permanecer enredados. Esto limita el envío de estos frágiles estados cuánticos a grandes distancias.

Los repetidores cuánticos viables permitirán a Figueroa y su equipo escalar sus experimentos en curso dentro de las redes cuánticas de "área local" a un sistema distribuido, o "área amplia, "versión. En previsión de esto, el equipo está construyendo las conexiones ópticas necesarias para conectar la red cuántica de Brookhaven Lab con las que ya existen en las universidades de Stony Brook y Yale.

"Al darse cuenta de la red cuántica con fuentes de fotones entrelazados montados en bastidores de servidores, memorias cuánticas portátiles, y los repetidores operables marcarán la primera red de comunicación cuántica real en el mundo que realmente conecta procesadores y memorias de computación cuántica utilizando entrelazamiento cuántico fotónico, "Marcará un cambio radical en las comunicaciones que puede impactar al mundo", dijo Figueroa.