国際的な研究チーム（パーダーボルン大学の科学者を含む）が、量子インターネットへの道で重要なマイルストーンを達成した。初めて、単一光子の偏光状態をある量子ドットから別の物理的に離れた量子ドットにテレポートすることに成功したのだ。平たく言えば、ある光子の性質を量子テレポーテーションで別の光子に飛び移らせたわけで、スタートレックのようだが、実際は物理学が自慢しているだけだ。
実験では270メートルの自由空間光リンクを使ってシステムを接続し、結果は学術誌『Nature Communications』に掲載された。パーダーボルンの博士課程および博士研究員は約10年にわたり光学測定、データ分析、評価に取り組み、ローマ・サピエンツァ大学のリナルド・トロッタ教授のチームと緊密に協力した。
「この実験は、半導体量子ドットに基づく量子光源が将来の量子通信ネットワークの鍵技術となり得ることを印象的に示しています」とパーダーボルン大学の「ハイブリッドフォトニクス量子デバイス」研究グループ長クラウス・ヨンス教授は説明する。「2つの独立した量子エミッター間での量子テレポーテーションの成功は、スケーラブルな量子中継器、ひいては量子インターネットの実用化に向けた重要な一歩です」
このブレークスルーは、欧州の複数の研究センターの貢献に依存している。量子ドットはヨハネス・ケプラー大学リンツで設計され、共振器のナノ加工はヴュルツブルク大学で行われ、テレポーテーション実験はローマ・サピエンツァ大学で実施され、科学者たちは270メートルの自由空間光リンクで2つの建物を接続した。システムはGPS支援同期、超高速単一光子検出器、大気乱流に対抗する安定化手法を使用した。達成されたテレポーテーション状態の忠実度は最大82±1%に達し、古典的限界を10標準偏差以上上回った——これは科学用語で「かなりうまくいった」という意味だ。
この成果は、2つの量子ドット間の「エンタングルメントスワッピング」への扉を開き、エンタングル光子対の2つの決定論的光源を用いた初の量子中継器を生み出すことになる。決定論的光源はほぼオンデマンドで単一光子を確実に生成できるが、その開発は大きな課題だった——なぜなら量子力学では何も簡単ではないからだ。
偶然にも、シュトゥットガルトとザールブリュッケンの別の研究チームがほぼ同時に周波数変換を用いた同様の成果を報告した。これらの結果は、欧州の量子研究にとって重要なマイルストーンとなり、機能的な量子インターネットのビジョンを現実に近づける——現実が絡まりすぎなければの話だが。