Pokud je někdy možné vytvořit ultra bezpečný a super rychlý „kvantový internet“, pak jsou pro něj naprosto nezbytné kvantové zapletené fotony – a vědci právě našli velmi užitečný nový způsob jejich generování.
Kvantové zapletení je jev, kdy jsou dvě částice (například fotony) spojeny navzájem, bez ohledu na fyzickou vzdálenost mezi nimi. Pokud se něco stane jedné z částic, něco se musí stát druhé.
Ačkoli fyzici stále plně nerozumí přesně tomu, jak k zapletení dochází, tento jev otevírá možnost komunikace na velké vzdálenosti s kvantovou energií – kde posuny částic na jednom místě vedou k posunům zapletených částic na obrovské vzdálenosti.
Tato konkrétní studie naznačuje, že kvantové zapletené fotony se používají jako distribuce kvantových klíčů (QKD), jakýsi druh kvantového internetu na nízké úrovni, kde klasická data ve formě jedniček a nul získávají prostřednictvím kvantové fyziky další vrstvu soukromí a bezpečnosti.
Až dosud byly zapletené fotony použité pro tyto šifrovací metody omezeny na rozsah blízkých infračervených vlnových délek 700 až 1550 nm, což je činí zranitelnými vůči rušení plyny absorbujícími světlo a slunečnímu záření.
Jinými slovy, datové připojení funguje pouze v noci: není ideální pro internetovou infrastrukturu příští generace.
Nový výzkum ukazuje, jak generovat a detekovat zapletené fotony při delší vlnové délce 2,1 mikrometru, která je chráněna před takovým rušením. Konečným výsledkem je mnohem spolehlivější a stabilnější komunikační kanál.
„Prokázali jsme, že polarizací zapletené páry fotonů lze generovat, řídit a detekovat pomocí našeho přístupu,“ píší vědci ve svém publikovaném článku.
„Tato práce poskytuje novou platformu pro kvantovou optiku a připravuje cestu technologickým aplikacím pro kvantové snímání a kvantovou bezpečnou komunikaci na velkou vzdálenost v tomto režimu vlnové délky.“
K dosažení tohoto cíle vědci použili nelineární lithium niobátový krystal: zapletené páry fotonů byly vytvořeny pomocí ultrakrátkých pulzů světla z laseru zaměřeného na krystal.
Pokud kvantový internet zjistíme, jak jej vytvořit, slibuje, že bude mnohokrát výkonnější, bezpečnější a soukromější než cokoli, co dnes máme. Například jakýkoli pokus o hackerství by okamžitě přerušil odpovídající připojení – dobrá bezpečnostní síť.
Od uskutečnění tohoto snu jsme ještě daleko – na dálku, ve stabilitě, v praktičnosti – ale takové inovace nás neustále přibližují a transformují kvantové výpočty z hypotéz do reality.
„Dalším důležitým krokem bude miniaturizace tohoto systému jeho převedením na integrovaná fotonická zařízení, takže bude vhodný pro hromadnou výrobu a pro použití v jiných aplikovaných scénářích,“ říká kvantový fyzik Michael Kues z Hannoverské univerzity. Leibniz v Německu.
Studie byla publikována v časopise Science Advances.
