Os pesquisadores usaram técnicas inovadoras e superaram limitações anteriores para criar um novo recorde de velocidade de 7,1 qubits por segundo, avançando no desenvolvimento da tecnologia quântica de transmissão de longa distância e marcando um passo crítico em direção a uma Internet quântica eficiente e de longo alcance.

O teletransporte quântico usa emaranhamento quântico e comunicação clássica para transmitir informações quânticas para locais distantes. Este conceito foi implementado em uma variedade de sistemas de luz quântica, desde experimentos de laboratório até testes práticos do mundo real. É importante notar que, usando o satélite Micius, em órbita baixa da Terra, os cientistas transmitiram com sucesso informações quânticas a uma distância de mais de 1.200 quilômetros. No entanto, atualmente não existe nenhum sistema de transmissão quântica com taxas de transmissão da ordem de Hertz. Isso dificulta futuras aplicações da Internet quântica.

Em um artigo publicado na "Light Science & Application", uma equipe de cientistas liderada pelo Professor Guo Guangcan e pelo Professor Zhou Qiang da Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China colaborou com o Professor You Lixing do Instituto de Microssistemas e Tecnologia da Informação de Xangai, Academia Chinesa de Ciências. Com base no "UESTC First City Quantum Internet", eles aumentaram a taxa de teletransporte para 7,1 qubits por segundo pela primeira vez. Isso estabeleceu um novo recorde para um sistema de teletransporte quântico dentro de uma área urbana.

a, Vista aérea do sistema transportador. Alice 'A' está localizada na sala de comutação de rede, Bob 'B' e Charlie 'C' estão localizados em dois laboratórios diferentes. Todas as fibras ópticas que conectam os três nós pertencem à rede backbone da UESTC. Durante o experimento, apenas os sinais criados por Alice, Bob e Charlie foram transmitidos através dessas fibras “escuras”. Alice prepara o estado inicial com uma fonte de fóton único fracamente coerente e o envia para Charlie através do canal quântico. A fonte emaranhada de Bob gera um par de fótons emaranhados, que então envia o fóton preguiçoso para Charlie através de outro canal quântico. Charlie realiza uma medição conjunta do estado Bell (BSM) nos qubits enviados por Alice e Bob, projetando-os em um dos quatro estados Bell. Em seguida, o resultado do BSM é enviado a Bob através do canal clássico, e Bob realiza a transformação da unidade (U) no fóton do sinal para restaurar o estado inicial.

"Demonstrar o teletransporte quântico de alta velocidade fora do laboratório envolve uma série de desafios. Este experimento mostra como superar esses desafios, estabelecendo assim um marco importante para a futura Internet quântica", disse o professor Zhou Qiang, autor correspondente deste trabalho. Um grande desafio experimental para sistemas de teletransporte quântico do mundo real é realizar medições de estado de Bell (BSM).

Para garantir o sucesso do teletransporte quântico e melhorar a eficiência da Bell State Measurement (BSM), os fótons de Alice e Bob precisam ser indistinguíveis em Charlie após serem transmitidos por longas distâncias em fibras ópticas. A equipe de pesquisa desenvolveu um sistema de feedback totalmente operacional que permitiu a rápida estabilização das diferenças de comprimento do caminho dos fótons e da polarização.

A equipe, por outro lado, usou um guia de ondas de niobato de lítio periodicamente polarizado na extremidade de uma única fibra óptica para gerar pares de fótons emaranhados. Com base nisso, eles desenvolveram uma fonte de luz quântica emaranhada de alta qualidade com taxa de repetição de 500 MHz para sistemas de transmissão de longa distância.

A barra vermelha é a fidelidade medida usando QST. A barra azul é a fidelidade obtida usando o DSM. A fidelidade de ambos os métodos ultrapassa o limite clássico de 2/3, a linha tracejada cinza.

Esse teletransporte quântico de alta velocidade baseado na óptica quântica requer os sensores de fótons mais sensíveis para coletar o maior número possível de eventos. A equipe liderada pelo professor You Lixing, juntamente com colegas da Photon Technology Co., Ltd., forneceram detectores de fóton único de nanofios supercondutores de alto desempenho para este experimento. Como o detector é extremamente eficiente e praticamente livre de ruído, são obtidos BSM de alta eficiência e análise de estado quântico.

A equipe de pesquisa utilizou dois métodos, tomografia de estado quântico e estado chamariz, para calcular a fidelidade da transmissão remota, que é muito superior ao limite clássico (66,7%), confirmando que a transmissão remota quântica urbana de alta velocidade foi realizada.

No futuro, espera-se que a "Universidade de Ciência e Tecnologia Eletrônica da China No. 1 Metropolis Quantum Internet" combine fontes de luz quântica integradas, repetidores quânticos e nós de informação quântica para desenvolver infraestrutura de Internet quântica de "alta velocidade, alta fidelidade, multiusuário e de longa distância". A equipe também prevê que esta infraestrutura promoverá ainda mais a aplicação prática da internet quântica.