Znanstvenikom je uspelo povezati dve celici kvantnega spomina na razdalji več kot 50 kilometrov, kar je skoraj 40-krat več kot prejšnji rekord.
Zaradi tega dosežka je ideja o super hitrem, izjemno varnem kvantnem internetu veliko bolj verjetna.
Kvantna sklopitev je odvisna od kvantne zapletenosti ali tistega, kar je Einstein poimenoval “sablastno delovanje na daljavo”: ko sta dva delca neločljivo povezana in odvisna drug od drugega, tudi če nista na istem mestu.
Kvantni pomnilnik je kvantni ekvivalent klasičnega računalniškega pomnilnika – sposobnost shranjevanja in shranjevanja kvantnih informacij za daljši čas – in če bomo prišli do stopnje, ko so kvantni računalniki resnično praktični in uporabni, je potrebno, da ta pomnilnik deluje.
“Glavna posledica te študije je razširiti razdaljo zapletanja v [optičnih] vlaknih med kvantnim spominom na obseg mesta,” je povedal vodja ekipe Jian-Wei Pan z Univerze za znanost in tehnologijo na Kitajskem.
Kar zadeva prepletanje fotonskih (svetlobnih) delcev, smo se s tem že ukvarjali v praznem prostoru in na optičnih vlaknih na velikih razdaljah, vendar dodajanje kvantnega pomnilnika postopek precej otežuje. Raziskovalci domnevajo, da bi bilo za to morda bolje uporabiti drugačen pristop: zapletanje atoma in fotona na zaporednih vozliščih, kjer so atomi vozlišča in fotoni prenašajo sporočila.
S pravilno mrežo vozlišč lahko zagotovimo boljše temelje za kvantni internet kot čisto kvantno zapletanje z uporabo samo fotonov.
V tem poskusu sta bila dva bloka kvantnega spomina atoma rubidija, ohlajena na nizkoenergijsko stanje. Ko so povezani s prepletenimi fotoni, vsak od njih postane del sistema.
Na žalost, dlje ko mora foton potovati, večje je tveganje, da bo ta sistem moten, zato je ta novi zapis tako impresiven.
Ključna je tehnika, imenovana ojačanje z resonatorjem, ki zmanjšuje izgube zaradi fotonske sklopke med zapletanjem.
Preprosto povedano, z namestitvijo atomov kvantnega pomnilnika v posebne obroče se zmanjša naključni šum, ki lahko moti in uniči spomin.
Vezani atomi in fotoni, ki nastanejo z ojačanjem resonatorja, tvorijo vozlišče. Fotoni se nato pretvorijo v frekvenco, primerno za prenos po telekomunikacijskih omrežjih – v tem primeru v telekomunikacijsko omrežje velikosti mesta.
V tem poskusu so bila vozlišča atomov v istem laboratoriju, a fotoni so se vseeno morali premikati po kablih, dolgih več kot 50 km. Obstajajo težave pri nadaljnjem ločevanju atomov, vendar obstajajo dokazi o konceptu.
“Kljub izjemnemu napredku je trenutno največja fizična razdalja med dvema vozliščema 1,3 km, težave z daljšimi razdaljami pa ostajajo,” pojasnjujejo raziskovalci v svojem objavljenem članku.
“Naš eksperiment bi lahko razširili na vozlišča, ki so fizično ločena z enakimi razdaljami, kar bo tvorilo funkcionalni segment atomske kvantne mreže, ki bo utrlo pot za atomsko prepletenost na številnih vozliščih in na veliko daljših razdaljah.”
Potem bodo stvari postale res zanimive. Čeprav je kvantni spomin v klasični fiziki enakovreden računalniškemu pomnilniku, bi morala biti kvantna različica sposobna narediti veliko več – hitreje obdelati informacije in rešiti probleme, ki presegajo naše sedanje računalnike.
Kar zadeva prenos teh podatkov, kvantna tehnologija obljublja, da bo povečala hitrost prenosa in zagotovila varnost prenosa podatkov z uporabo samih zakonov fizike – pod pogojem, da bomo lahko zanesljivo delali na velike razdalje.
“Kvantni internet, ki povezuje oddaljene kvantne procesorje, bi moral omogočiti vrsto prelomnih aplikacij, kot je porazdeljeno kvantno računalništvo,” pišejo raziskovalci. “Njegova izvedba bo odvisna od komunikacije na daljavo med oddaljenimi kvantnimi spomini.”
Študija je bila objavljena v reviji Nature.
Viri: Foto: Gerd Altmann / Pixabay
