Ett internationellt forskarlag har för första gången experimentellt bekräftat en kvantteori som formulerades för över 20 år sedan. Genombrottet kan få stor betydelse för framtidens kvantnätverk och storskaliga kvantdatorer, där information behöver överföras säkert mellan flera sammankopplade kvantprocessorer.
Forskarna visade att kvantsammanflätning – ett av kvantfysikens mest grundläggande fenomen – kan distribueras mellan avlägsna system på ett sätt som tidigare bara funnits beskrivet i teorin. Resultaten publiceras i Physical Review X och kan bana väg för effektivare kvantkommunikation och mer skalbara kvantdatorer.
Sammanflätning är grunden för kvantteknik
Kvantteknik bygger i stor utsträckning på fenomenet kvantsammanflätning, där två eller flera partiklar blir så starkt kopplade att en mätning av den ena omedelbart påverkar den andra, även om de befinner sig långt ifrån varandra.
Denna egenskap är avgörande för framtida kvantdatorer, kvantinternet och ultrasäker kommunikation. Problemet har varit att skapa och distribuera sammanflätning på ett effektivt sätt mellan olika kvantenheter utan att förlora information på vägen.
Teorin har väntat i över två decennier
Den teori som nu bekräftats presenterades för drygt 20 år sedan och beskrev hur sammanflätning skulle kunna distribueras mellan separata kvantsystem utan att kräva kontinuerliga mätningar och aktiv styrning under hela processen.
Fram till nu hade ingen lyckats visa att metoden fungerar i praktiken.
Forskargruppen lyckades genomföra experimentet med hjälp av ett noggrant konstruerat kvantsystem där sammanflätningen kunde skapas, överföras och verifieras enligt den ursprungliga teorin.
Ett ”kvantbad” av korrelerade ljuspartiklar synkroniserar avlägsna kvantbitar. På bilden ses kvantbaduppställningen där forskare vid ISTA kan skapa sammanflätning mellan två isolerade kvantbitar helt självständigt, utan aktiv styrning eller upprepade mätningar. Bildkälla: Institute of Science and Technology Austria
Enklare kvantnätverk i framtiden
Dagens experimentella kvantnätverk bygger ofta på komplicerade styrsystem som kräver upprepade mätningar och kontinuerlig kontroll.
Den nu demonstrerade metoden kan göra framtida kvantnät betydligt enklare.
Genom att minska behovet av aktiv styrning kan systemen bli mer robusta, energieffektiva och enklare att bygga ut när fler kvantprocessorer ska kopplas samman. Det är en viktig förutsättning för att skapa storskaliga kvantdatorer som består av flera sammankopplade moduler.
Viktigt steg mot kvantinternet
Ett framtida kvantinternet bygger på att kvantinformation kan överföras mellan olika noder utan att de känsliga kvanttillstånden förstörs.
Den experimentella bekräftelsen visar att detta kan göras med betydligt mindre teknisk komplexitet än vad många tidigare lösningar krävt.
Forskarna menar att principen kan användas både för distribuerade kvantdatorer och för framtida kvantkommunikationssystem där flera användare delar samma kvantnätverk.
Nästa steg är större kvantsystem
Även om experimentet genomfördes i ett kontrollerat laboratoriesystem återstår arbete innan tekniken kan användas i praktiska kvantdatorer.
Forskarna planerar nu att skala upp metoden till större nätverk med fler sammankopplade kvantnoder och undersöka hur väl tekniken fungerar under mer realistiska förhållanden.
Om resultaten kan reproduceras i större system kan den två decennier gamla teorin bli en av byggstenarna bakom framtidens kvantinternet och modulära kvantdatorer – tekniker som många forskare ser som nästa stora steg inom informationsbehandling.
Publikationsuppgifter
Physicists confirm 20-year-old theory that could boost quantum technology, Physical Review X (2026).
