I 2024 klarte forskere i USA å teleportere en kvantetilstand av lys gjennom mer enn 30 kilometer med fiberoptisk kabel, samtidig som kablene var fulle av vanlig internettrafikk. Prestasjonen har lenge blitt sett på som svært vanskelig å få til i praksis.
Dette betyr ikke at mennesker kan «stråles» til jobben, eller at videostrømming blir raskere over natten. Likevel peker eksperimentet mot et viktig mål: å kunne sende kvanteinformasjon gjennom den infrastrukturen som allerede finnes, i stedet for å måtte bygge et helt nytt nett.
Forskningsleder Prem Kumar ved Northwestern University sier at resultatet åpner for at fremtidens kvantenett og dagens klassiske nett kan dele samme fiberoptiske infrastruktur.
– Dette er utrolig spennende, fordi ingen trodde det var mulig, sier han.
Kvanteteleportasjon kan høres ut som science fiction, men handler ikke om å flytte selve objektet fra ett sted til et annet. Prinsippet er at kvantetilstanden til et system overføres til et annet system et annet sted. For å få dette til brukes blant annet sammenfiltring, og den opprinnelige kvantetilstanden må i prosessen «forsvinne» i sin gamle form.
En stor utfordring er at kvantetilstander er ekstremt sårbare. De kan raskt brytes ned av støy fra omgivelsene, varme og forstyrrelser i signalet. Å beskytte kvantetilstander inne i kontrollerte laboratorieoppsett er én ting, men å sende enkeltfotoner gjennom fiberkabler som samtidig frakter banktransaksjoner, meldinger og videodata, er noe helt annet.
For å bevare kvantetilstanden til fotonet mens det «reiste» i en datastrøm på rundt 400 gigabit per sekund, brukte forskerne flere teknikker. De begrenset blant annet signalets kanal og reduserte sannsynligheten for at fotonet skulle spres og blande seg med andre lysbølger i fiberen.
– Vi studerte nøye hvordan lys spres og plasserte fotonene våre på et punkt der denne spredningen er minst mulig, sier Kumar.
Han legger til at gruppen fant en måte å gjennomføre kvantekommunikasjon på uten at den ble forstyrret av de klassiske kanalene som samtidig var til stede i samme kabel.
Andre forskningsmiljøer har tidligere vist at kvantesignaler kan sendes parallelt med klassiske datastrømmer i modeller og avgrensede tester. Det nye her er at teamet demonstrerte kvanteteleportasjon i en situasjon som ligner mer på virkelige forhold, der kvantesignalet går side om side med en faktisk internettstrøm.
Dersom slike metoder kan skaleres, kan det gi et kraftig fundament for et fremtidig kvantenettverk. Et slikt nett kan blant annet brukes til sikrere kommunikasjon, mer avanserte former for kryptering og nye metoder for presis måling og sensing. Et viktig poeng er at dette kan skje uten at man må bygge en separat, spesialisert infrastruktur kun for kvantesignaler.
– Kvanteteleportasjon kan gi sikker kvantekobling mellom geografisk fjerne noder, sier Kumar.
– Men mange har lenge antatt at ingen vil bygge spesialisert infrastruktur for å sende lyspartikler. Hvis vi velger bølgelengdene riktig, trenger vi ikke å bygge ny infrastruktur. Klassisk kommunikasjon og kvantekommunikasjon kan eksistere side om side.
Studien ble publisert i tidsskriftet Optica.
