Vědcům se podařilo spojit dvě kvantové paměťové buňky na vzdálenost více než 50 kilometrů, což je téměř 40násobek předchozího záznamu.
Díky tomuto úspěchu je myšlenka superrychlého a zabezpečeného kvantového internetu mnohem pravděpodobnější.
Kvantová vazba se spoléhá na kvantové zapletení nebo na to, co Einstein nazval „strašidelnou akcí na dálku“: když jsou dvě částice nerozlučně spjaty a jsou na sobě navzájem závislé, i když nejsou na stejném místě.
Kvantová paměť je kvantovým ekvivalentem klasické výpočetní paměti – schopnost ukládat kvantové informace a uchovávat je po dlouhou dobu – a pokud se dostaneme do fáze, kdy jsou kvantové počítače skutečně praktické a užitečné, je nutné tuto paměť uvést do provozu.
„Hlavním důsledkem této studie je rozšíření zapletené vzdálenosti [optického] vlákna mezi kvantovou pamětí do rozsahu města,“ uvedl vedoucí týmu Jian-Wei Pan z Čínské univerzity vědy a technologie.
Pokud jde o zapletení fotonických (světelných) částic, s tím jsme se v minulosti zabývali v prázdném prostoru a na optických vláknech na velké vzdálenosti, ale přidáním kvantové paměti je proces mnohem obtížnější. Vědci spekulují, že by mohlo být lepší použít jiný typ přístupu: zapletení atomu a fotonu v po sobě jdoucích uzlech, kde atomy jsou uzly a fotony přenášejí zprávy.
Se správnou sítí uzlů můžete poskytnout lepší základ pro kvantový internet než čisté kvantové zapletení pouze pomocí fotonů.
V tomto experimentu byly dva bloky kvantové paměti atomy rubidia ochlazené na nízkoenergetický stav. Když jsou spojeny se zapletenými fotony, každý z nich se stává součástí systému.
Bohužel, čím dál musí foton cestovat, tím vyšší je riziko narušení tohoto systému, a proto je tento nový záznam tak působivý.
Klíčem je technika zvaná zesilovač rezonátoru, která pracuje na snížení ztrát fotonické vazby během zapletení.
Jednoduše řečeno, umístěním atomů kvantové paměti do speciálních prstenců se sníží náhodný šum, který může rušit a ničit paměť.
Vázané atomy a fotony generované zesílením rezonátoru tvoří uzel. Fotony jsou poté převedeny na frekvenci vhodnou pro přenos přes telekomunikační sítě – v tomto případě telekomunikační síť o velikosti města.
V tomto experimentu byly uzly atomů ve stejné laboratoři, ale fotony se stále musely pohybovat po kabelech dlouhých více než 50 km. Existují problémy se skutečným oddělováním atomů dále, ale existuje důkaz konceptu.
„Navzdory obrovskému pokroku je v současné době maximální fyzická vzdálenost mezi dvěma uzly 1,3 km a problémy s delšími vzdálenostmi přetrvávají,“ vysvětlují vědci ve svém publikovaném článku.
„Náš experiment by mohl být rozšířen na uzly fyzicky oddělené stejnými vzdálenostmi, které vytvoří funkční segment atomové kvantové sítě, což připraví cestu pro atomové zapletení na mnoha uzlech a na mnohem delší vzdálenosti.“
Pak budou věci opravdu zajímavé. Zatímco kvantová paměť může být ekvivalentem počítačové paměti v klasické fyzice, kvantová verze by měla být schopna dělat mnohem více – zpracovávat informace rychleji a řešit problémy, které přesahují naše současné počítače.
Pokud jde o přenos těchto dat, kvantová technologie slibuje, že zvýší rychlost přenosu a zajistí bezpečnost přenosu dat pomocí samotných fyzikálních zákonů – za předpokladu, že můžeme spolehlivě pracovat na velké vzdálenosti.
„Kvantový internet, který propojuje vzdálené kvantové procesory, by měl umožnit řadu průkopnických aplikací, jako je distribuovaný kvantový výpočet,“ píší vědci. „Jeho implementace se bude opírat o komunikaci na velkou vzdálenost mezi vzdálenými kvantovými vzpomínkami.“
Studie byla publikována v časopise Nature.
Zdroje: Foto: Gerd Altmann / Pixabay
