Scambio di entanglement attraverso un relè a cinque nodi in una rete quantistica-classica multiplexata

Abstract degli autori

Le reti quantistiche sono risorse che consentono di aumentare la scala dei computer quantistici e delle tecnologie di sensing distribuito, offrendo al contempo vantaggi in termini di sicurezza post-quantistica. Teletrasportare risorse non classiche come l’entanglement tramite il cosiddetto scambio di entanglement è essenziale per consentire alle reti, in particolare, di superare i limiti imposti dal rapporto tra tasso e perdita grazie ai ripetitori quantistici. L’impiego di questi sistemi su infrastrutture reali richiederà probabilmente di multiplexare qubit fotonici in fibre che trasportano luce «classica», che codifica le comunicazioni Internet standard e i segnali del piano di controllo per protocolli quantistici a più nodi. Qui presentiamo la prima dimostrazione dello scambio di entanglement e delle comunicazioni convenzionali operanti sulle stesse fibre. L’entanglement viene scambiato attraverso una topologia a relè quantistico a cinque nodi, collegati da quattro fibre a lunga distanza, ciascuna attraversata da segnali dati classici. I fotoni entangled a time-bin nella banda C sono multiplexati insieme a segnali classici della banda C mediante multiplexing a divisione di lunghezza d’onda densa, con l’introduzione di fotoni di rumore generati dalla luce classica ad alta potenza. Caratterizziamo sperimentalmente e teoricamente il compromesso tra fedeltà quantistica e fotoni di rumore Raman. Lo scambio di entanglement è dimostrato su una lunghezza massima di fibra di 40 km (quattro fibre da 10 km), mentre si trasmettono simultaneamente dati classici a 10 Gbps attraverso tutte le fibre. Questi risultati rappresentano un significativo avanzamento nella complessità dimostrata delle reti quantistiche e classiche coesistenti e forniscono una tabella di marcia per la diffusione su larga scala delle tecnologie quantistiche avanzate.