Międzynarodowy zespół badaczy, w tym naukowcy z Uniwersytetu w Paderborn, osiągnął znaczący kamień milowy na drodze do kwantowego internetu. Po raz pierwszy udało im się teleportować stan polaryzacji pojedynczego fotonu z jednej kropki kwantowej do drugiej, fizycznie oddzielonej. Mówiąc po ludzku, sprawili, że właściwości jednego fotonu przeskoczyły do drugiego poprzez teleportację kwantową, co brzmi jak coś ze Star Trek, ale w rzeczywistości to tylko fizyka popisująca się.

Eksperyment wykorzystał 270-metrowe wolne łącze optyczne do połączenia systemów, a wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature Communications. Doktoranci i postdoktoranci z Paderborn spędzili około dziesięciu lat na pomiarach optycznych, analizie danych i ewaluacji, ściśle współpracując z zespołem profesora Rinaldo Trotta z Uniwersytetu Sapienza w Rzymie.

„Eksperyment imponująco pokazuje, że kwantowe źródła światła oparte na półprzewodnikowych kropkach kwantowych mogą służyć jako kluczowa technologia dla przyszłych kwantowych sieci komunikacyjnych” – wyjaśnił profesor Klaus Jöns, kierownik grupy badawczej „Hybrydowe urządzenia fotoniki kwantowej” w Paderborn. „Udana teleportacja kwantowa między dwoma niezależnymi emiterami kwantowymi stanowi istotny krok w kierunku skalowalnych przekaźników kwantowych, a tym samym praktycznej realizacji kwantowego internetu.”

Przełom opierał się na wkładzie kilku europejskich ośrodków badawczych. Kropki kwantowe zostały zaprojektowane na Uniwersytecie Jana Keplera w Linzu, nanofabrykacja rezonatorów została wykonana na Uniwersytecie w Würzburgu, a eksperymenty teleportacyjne odbyły się na Uniwersytecie Sapienza w Rzymie, gdzie naukowcy połączyli dwa budynki za pomocą tego 270-metrowego wolnego łącza optycznego. System wykorzystywał synchronizację GPS, ultraszybkie detektory pojedynczych fotonów oraz metody stabilizacji do przeciwdziałania turbulencjom atmosferycznym. Osiągnięta wierność stanu teleportacji sięgnęła 82 ± 1%, przekraczając klasyczną granicę o ponad 10 odchyleń standardowych – co jest naukowym sposobem na powiedzenie „jesteśmy całkiem pewni, że to zadziałało”.

To osiągnięcie otwiera drzwi do „splątania przełączającego” między dwiema kropkami kwantowymi, co stworzyłoby pierwszy kwantowy przekaźnik wykorzystujący dwa deterministyczne źródła splątanych par fotonów. Źródła deterministyczne mogą niezawodnie wytwarzać pojedyncze fotony prawie na żądanie, choć ich opracowanie było poważnym wyzwaniem – bo oczywiście w mechanice kwantowej nic nie jest łatwe.

Przypadkowo inny zespół badawczy ze Stuttgartu i Saarbrücken zgłosił podobne osiągnięcie wykorzystujące konwersję częstotliwości niemal w tym samym czasie. Razem te wyniki stanowią ważny kamień milowy dla badań kwantowych w Europie i przybliżają wizję funkcjonalnego kwantowego internetu do rzeczywistości – zakładając, że rzeczywistość nie zaplącze się zbytnio sama w sobie.