Vedcom sa podarilo spojiť dve kvantové pamäťové bunky na vzdialenosť viac ako 50 kilometrov, čo je takmer 40-násobok predchádzajúceho záznamu.
Vďaka tomuto úspechu je myšlienka superrýchleho a veľmi zabezpečeného kvantového internetu oveľa pravdepodobnejšia.
Kvantová väzba sa spolieha na kvantové zapletenie alebo na to, čo Einstein nazval „strašidelnou akciou na diaľku“: keď sú dve častice nerozlučne spojené a závislé od seba, aj keď nie sú na rovnakom mieste.
Kvantová pamäť je kvantový ekvivalent klasickej výpočtovej pamäte – schopnosť ukladať kvantové informácie a uchovávať ich po dlhú dobu – a ak sa dostaneme do fázy, kedy sú kvantové počítače skutočne praktické a užitočné, je potrebné túto pamäť uviesť do činnosti.
„Hlavným dôsledkom tejto štúdie je predĺženie zapletenej vzdialenosti [optického] vlákna medzi kvantovou pamäťou na veľkosť mesta,“ uviedol vedúci tímu Jian-Wei Pan z Čínskej univerzity vedy a techniky.
Pokiaľ ide o zapletenie fotonických (ľahkých) častíc, v minulosti sme sa tým zaoberali na prázdnom priestranstve a na optických vláknach na veľké vzdialenosti, ale pridaním kvantovej pamäte je proces oveľa ťažší. Vedci predpokladajú, že by mohlo byť lepšie zvoliť iný prístup: zamotanie atómu a fotónu v po sebe nasledujúcich uzloch, kde atómami sú uzly a fotóny prenášajú správy.
So správnou sieťou uzlov môžete poskytnúť lepší základ pre kvantový internet ako čisté kvantové zapletenie iba pomocou fotónov.
V tomto experimente boli dvoma blokmi kvantovej pamäte atómy rubídia ochladené na nízkoenergetický stav. Ak sú spojené so zapletenými fotónmi, každý z nich sa stáva súčasťou systému.
Bohužiaľ, čím ďalej musí fotón cestovať, tým väčšie je riziko narušenia tohto systému, a preto je tento nový záznam taký pôsobivý.
Kľúčom je technika zvaná zosilnenie rezonátora, ktorá pracuje na znížení strát fotonickej väzby počas zapletenia.
Jednoducho povedané, umiestnením atómov kvantovej pamäte do špeciálnych prstencov sa zníži náhodný šum, ktorý môže rušiť a ničiť pamäť.
Viazané atómy a fotóny generované zosilnením rezonátora tvoria uzol. Fotóny sa potom prevedú na frekvenciu vhodnú na prenos cez telekomunikačné siete – v tomto prípade telekomunikačná sieť veľká ako mesto.
V tomto experimente boli uzly atómov v rovnakom laboratóriu, ale fotóny sa stále museli pohybovať po kábloch dlhých viac ako 50 km. Pri ďalšom delení atómov sú problémy, ale existuje dôkaz o koncepcii.
„Napriek obrovskému pokroku je v súčasnosti maximálna fyzická vzdialenosť dosiahnutá medzi dvoma uzlami 1,3 km a problémy s väčšími vzdialenosťami pretrvávajú,“ vysvetľujú vedci vo svojom publikovanom článku.
„Náš experiment by sa dal rozšíriť na uzly fyzicky oddelené rovnakými vzdialenosťami, ktoré vytvoria funkčný segment atómovej kvantovej siete, čo otvorí cestu pre zamotanie atómov v mnohých uzloch a na oveľa dlhších vzdialenostiach.“
Potom budú veci skutočne zaujímavé. Zatiaľ čo kvantová pamäť môže byť v klasickej fyzike ekvivalentom počítačovej pamäte, kvantová verzia by mala byť schopná robiť oveľa viac – rýchlejšie spracovávať informácie a riešiť problémy, ktoré presahujú rámec našich súčasných počítačov.
Pokiaľ ide o prenos týchto údajov, kvantová technológia sľubuje zvýšenie rýchlosti prenosu a zaistenie bezpečnosti prenosu údajov pomocou samotných fyzikálnych zákonov – za predpokladu, že dokážeme spoľahlivo pracovať na veľké vzdialenosti.
„Kvantový internet, ktorý spája vzdialené kvantové procesory, by mal umožniť množstvo priekopníckych aplikácií, ako je distribuovaný kvantový počítač,“ píšu vedci. „Jeho implementácia sa bude spoliehať na komunikáciu na diaľku medzi vzdialenými kvantovými pamäťami.“
Štúdia bola publikovaná v časopise Nature.
Zdroje: Foto: Gerd Altmann / Pixabay
