Ett internationellt forskarteam, inklusive forskare från Paderborns universitet, har nått en betydande milstolpe på vägen mot ett kvantinternet. För första gången lyckades de teleportera polarisationstillståndet hos en enskild foton från en kvantprick till en annan fysiskt separerad prick. I lekmannatermer: de fick en fotons egenskaper att hoppa över till en annan genom kvantteleportering, vilket låter som något ur Star Trek men egentligen bara är fysik som visar sig.

Experimentet använde en 270 meter lång frikopplad optisk länk för att koppla samman systemen, och resultaten har publicerats i tidskriften Nature Communications. Doktorander och postdoktorer vid Paderborn har ägnat omkring tio år åt optiska mätningar, dataanalys och utvärdering, i nära samarbete med professor Rinaldo Trottas team vid Sapienza-universitetet i Rom.

"Experimentet visar imponerande att kvantljuskällor baserade på halvledarkvantprickar kan fungera som en nyckelteknik för framtida kvantkommunikationsnätverk," förklarade professor Klaus Jöns, chef för forskargruppen 'Hybrid Photonics Quantum Devices' vid Paderborn. "Framgångsrik kvantteleportering mellan två oberoende kvantemittrar är ett avgörande steg mot skalbara kvantreläer och därmed praktisk implementering av ett kvantinternet."

Genombrottet byggde på bidrag från flera europeiska forskningscentrum. Kvantprickar konstruerades vid Johannes Kepler-universitetet i Linz, resonatornanofabrikation utfördes vid Würzburgs universitet, och teleporteringsexperimenten ägde rum vid Sapienza-universitetet i Rom, där forskare kopplade samman två byggnader med den 270 meter långa frikopplade optiska länken. Systemet använde GPS-assisterad synkronisering, ultrasnabba enfotondetektorer och stabiliseringsmetoder för att motverka atmosfärisk turbulens. Den uppnådda teleporteringstillståndsfideliteten nådde upp till 82 ± 1 %, vilket överskrider den klassiska gränsen med mer än 10 standardavvikelser – vilket är vetenskapens sätt att säga "vi är ganska säkra på att detta fungerade."

Denna prestation öppnar dörren för 'entanglement swapping' mellan två kvantprickar, vilket skulle skapa det första kvantreläet med två deterministiska källor av intrasslade fotonpar. Deterministiska källor kan pålitligt producera enstaka fotoner nästan på begäran, även om utvecklingen av dem har varit en stor utmaning – för ingenting inom kvantmekaniken är någonsin lätt.

Sammanfallande nog rapporterade ett annat forskarteam från Stuttgart och Saarbrücken en liknande prestation med frekvensomvandling nästan samtidigt. Tillsammans markerar dessa resultat en viktig milstolpe för kvantforskning i Europa och för visionen om ett fungerande kvantinternet närmare verkligheten – förutsatt att verkligheten inte blir alltför intrasslad med sig själv.