Naukowcom udało się połączyć dwie kwantowe komórki pamięci w odległości ponad 50 kilometrów, czyli prawie 40 razy więcej niż poprzedni rekord.
To osiągnięcie sprawia, że idea superszybkiego, ultra-bezpiecznego internetu kwantowego jest znacznie bardziej wiarygodna.
Sprzężenie kwantowe opiera się na splątaniu kwantowym lub tym, co Einstein nazwał „upiornym działaniem na odległość”: kiedy dwie cząstki są nierozerwalnie połączone i zależne od siebie, nawet jeśli nie znajdują się w tym samym miejscu.
Pamięć kwantowa to kwantowy odpowiednik klasycznej pamięci obliczeniowej – zdolność do przechowywania informacji kwantowych i przechowywania ich przez długi czas – i jeśli mamy dojść do etapu, w którym komputery kwantowe są naprawdę praktyczne i użyteczne, konieczne jest uruchomienie tej pamięci.
„Główną implikacją tych badań jest zwiększenie odległości splątania w światłowodzie między pamięcią kwantową do skali miasta” – powiedział kierownik zespołu Jian-Wei Pan z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Chinach.
Jeśli chodzi o splątanie cząstek fotonicznych (świetlnych), w przeszłości zajmowaliśmy się tym w pustej przestrzeni i na światłowodach na dużych odległościach, ale dodanie pamięci kwantowej znacznie utrudnia proces. Naukowcy spekulują, że lepiej byłoby zastosować w tym celu inne podejście: splątanie atomu i fotonu w kolejnych węzłach, gdzie atomy są węzłami, a fotony przekazują wiadomości.
Mając odpowiednią sieć węzłów, można zapewnić lepszą podstawę dla internetu kwantowego niż czyste splątanie kwantowe przy użyciu samych fotonów.
W tym eksperymencie dwa bloki pamięci kwantowej były atomami rubidu schłodzonymi do stanu niskoenergetycznego. Kiedy są powiązane ze splątanymi fotonami, każdy z nich staje się częścią systemu.
Niestety im dalej foton musi podróżować, tym większe jest ryzyko zakłócenia tego układu, dlatego ten nowy rekord jest tak imponujący.
Kluczem jest technika zwana wzmocnieniem rezonatora, która działa w celu zmniejszenia strat sprzężenia fotonicznego podczas splątania.
Mówiąc najprościej, umieszczając atomy pamięci kwantowej w specjalnych pierścieniach, zmniejsza się losowy szum, który może zakłócać i niszczyć pamięć.
Związane atomy i fotony, generowane przez wzmocnienie rezonatora, tworzą węzeł. Fotony są następnie przetwarzane na częstotliwość odpowiednią do transmisji przez sieci telekomunikacyjne – w tym przypadku sieć telekomunikacyjną wielkości miasta.
W tym eksperymencie węzły atomów znajdowały się w tym samym laboratorium, ale fotony nadal musiały poruszać się po kablach o długości ponad 50 km. Istnieją problemy z faktycznym dalszym rozdzielaniem atomów, ale istnieje dowód słuszności koncepcji.
„Pomimo ogromnego postępu, obecnie maksymalna fizyczna odległość osiągnięta między dwoma węzłami wynosi 1,3 km i nadal występują problemy z większymi odległościami” – wyjaśniają naukowcy w opublikowanym artykule.
„Nasz eksperyment mógłby zostać rozszerzony na węzły fizycznie oddalone o równe odległości, które utworzą funkcjonalny segment atomowej sieci kwantowej, torując drogę dla splątania atomów w wielu węzłach i na znacznie większe odległości”.
Wtedy sprawy staną się naprawdę interesujące. Podczas gdy pamięć kwantowa może być odpowiednikiem pamięci komputerowej w fizyce klasycznej, wersja kwantowa powinna być w stanie zrobić znacznie więcej – szybciej przetwarzać informacje i rozwiązywać problemy wykraczające poza możliwości naszych obecnych komputerów.
Jeśli chodzi o przekazywanie tych danych, technologia kwantowa obiecuje zwiększyć prędkość przesyłu i zapewnić bezpieczeństwo przesyłu danych z wykorzystaniem samych praw fizyki – pod warunkiem, że możemy niezawodnie pracować na dużych odległościach.
„Internet kwantowy, łączący zdalne procesory kwantowe, powinien umożliwić wiele przełomowych zastosowań, takich jak rozproszone obliczenie kwantowe” – piszą naukowcy. „Jego realizacja będzie polegać na komunikacji na duże odległości między odległymi pamięciami kwantowymi”.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature.
Źródła: Zdjęcie: Gerd Altmann / Pixabay
