Ak je niekedy možné vytvoriť mimoriadne bezpečný a superrýchly „kvantový internet“, potom sú preň nevyhnutné kvantové zapletené fotóny – a vedci práve našli veľmi užitočný nový spôsob ich generovania.
Kvantové zapletenie je jav, pri ktorom sú dve častice (napríklad fotóny) navzájom spojené, bez ohľadu na fyzickú vzdialenosť medzi nimi. Ak sa jednej z častíc niečo stane, druhej sa musí niečo stať.
Aj keď fyzici stále úplne nerozumejú presne tomu, ako dochádza k zapleteniu, tento jav otvára možnosť komunikácie na veľké vzdialenosti s kvantovou silou – kde posuny častíc na jednom mieste vedú k posunom zapletených častíc na veľké vzdialenosti.
Táto konkrétna štúdia naznačuje, že fotóny zapletené do kvanta sa používajú ako distribúcia kvantového kľúča (QKD), akýsi druh kvantového internetu na nízkej úrovni, kde klasické dáta vo forme jednotiek a núl získavajú prostredníctvom kvantovej fyziky ďalšiu vrstvu súkromia a bezpečnosti.
Doteraz boli zamotané fotóny použité na tieto šifrovacie metódy obmedzené na rozsah blízkych infračervených vlnových dĺžok 700 až 1550 nm, čo ich robí zraniteľnými voči interferencii plynov absorbujúcich svetlo a slnečného žiarenia.
Inými slovami, dátové pripojenie funguje iba v noci: nie je ideálne pre to, čo je údajne internetová infraštruktúra novej generácie.
Nový výskum ukazuje, ako generovať a detegovať zapletené fotóny s väčšou vlnovou dĺžkou 2,1 mikrometra, ktoré sú chránené pred takýmto rušením. Konečným výsledkom je oveľa spoľahlivejší a stabilnejší komunikačný kanál.
„Ukázali sme, že páry fotónov zapletené do polarizácie je možné generovať, riadiť a detegovať pomocou nášho prístupu,“ píšu vedci vo svojej publikovanej práci.
„Táto práca poskytuje novú platformu pre kvantovú optiku a pripravuje pôdu pre technologické aplikácie pre kvantové snímanie a kvantovú bezpečnú komunikáciu na diaľku v tomto režime vlnovej dĺžky.“
Na dosiahnutie tohto cieľa použili vedci nelineárny lítium-niobátový kryštál: zapletené páry fotónov boli vytvorené pomocou ultrakrátkych impulzov svetla z laseru zameraného na kryštál.
Ak kvantový internet zistíme, ako ho vytvoriť, sľubuje, že bude mnohokrát výkonnejší, bezpečnejší a súkromnejší ako čokoľvek, čo dnes máme. Napríklad akýkoľvek pokus o hackerstvo by okamžite prerušil príslušné pripojenie – dobrú bezpečnostnú sieť.
Sme ešte veľmi ďaleko od uskutočnenia tohto sna – na diaľku, v stabilite, v praktickosti – ale inovácie, ako sú tieto, nás neustále zbližujú a transformujú kvantové výpočty z hypotéz do reality.
„Ďalším dôležitým krokom bude miniaturizácia tohto systému jeho premenou na integrované fotonické zariadenia, vďaka čomu bude vhodný pre hromadnú výrobu a pre použitie v iných aplikovaných scenároch,“ hovorí kvantový fyzik Michael Kues z Hannoverskej univerzity. Leibniz v Nemecku.
Štúdia bola publikovaná v časopise Science Advances.
