Jeśli kiedykolwiek będzie możliwe stworzenie ultra bezpiecznego, superszybkiego „internetu kwantowego”, to kwantowe splątane fotony są dla niego absolutnie niezbędne – a naukowcy właśnie znaleźli bardzo przydatny nowy sposób ich generowania.
Splątanie kwantowe to zjawisko, w którym dwie cząstki (takie jak fotony) są ze sobą połączone, niezależnie od fizycznej odległości między nimi. Jeśli coś stanie się jednej z cząsteczek, coś musi się stać drugiej.
Chociaż fizycy wciąż nie do końca rozumieją, jak dokładnie zachodzi splątanie, zjawisko to otwiera możliwość dalekosiężnej komunikacji z mocą kwantową – gdzie przesunięcia cząstek w jednym miejscu prowadzą do przesunięć splątanych cząstek na ogromną odległość.
To konkretne badanie sugeruje, że kwantowe splątane fotony są wykorzystywane jako kwantowa dystrybucja klucza (QKD), rodzaj niskiego poziomu kwantowego Internetu, w którym klasyczne dane w postaci zer i jedynek zyskują dodatkową warstwę prywatności i bezpieczeństwa dzięki fizyce kwantowej.
Do tej pory splątane fotony używane w tych metodach szyfrowania były ograniczone do zakresu długości fal bliskiej podczerwieni od 700 do 1550 nm, co czyni je podatnymi na interferencje gazów pochłaniających światło i promieniowanie słoneczne.
Innymi słowy, połączenie danych działa tylko w nocy: nie jest to idealne rozwiązanie dla infrastruktury internetowej podobnej nowej generacji.
Nowe badania pokazują, jak generować i wykrywać splątane fotony przy większej długości fali 2,1 mikrometra, które są ekranowane przed takimi zakłóceniami. Efektem końcowym jest znacznie bardziej niezawodny i stabilny kanał komunikacji.
„Wykazaliśmy, że pary fotonów splątanych przez polaryzację mogą być generowane, kontrolowane i wykrywane przy użyciu naszego podejścia” – piszą naukowcy w opublikowanym artykule.
„Ta praca zapewnia nową platformę dla optyki kwantowej i toruje drogę do zastosowań technologicznych do wykrywania kwantowego i bezpiecznej komunikacji kwantowej na duże odległości w tym trybie długości fali”.
Aby to osiągnąć, naukowcy wykorzystali nieliniowy kryształ niobianu litu: splątane pary fotonów utworzono za pomocą ultrakrótkich impulsów światła z lasera skierowanego na kryształ.
Internet kwantowy, jeśli potrafimy wymyślić, jak go stworzyć, obiecuje być wielokrotnie potężniejszy, bezpieczniejszy i bardziej prywatny niż wszystko, co mamy dzisiaj. Na przykład każda próba włamania spowodowałaby natychmiastowe przerwanie odpowiedniego połączenia – nie jest to zła sieć bezpieczeństwa.
Nadal jesteśmy bardzo daleko od realizacji tego marzenia – na odległość, w stabilności, w praktyce – ale takie innowacje stopniowo zbliżają nas do siebie i przekształcają obliczenia kwantowe z hipotezy w rzeczywistość.
„Następnym ważnym krokiem będzie miniaturyzacja tego systemu poprzez przekształcenie go w zintegrowane urządzenia fotoniczne, dzięki czemu będzie on nadawał się do masowej produkcji i wykorzystania w innych zastosowanych scenariuszach” – mówi fizyk kwantowy Michael Kues z Uniwersytetu w Hanowerze. Leibniz w Niemczech.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
