Vedci ukázali prototyp kvantovej siete, ktorá dokáže prepájať menšie siete, smerovať aj teleportovať prepojenia medzi používateľmi a predstavuje kľúčový krok k budúcemu kvantovému internetu.
Vizualizácia prielomu, o ktorom informoval tím z Heriotovej-Wattovej univerzity. Zdroj Heriot-Watt University
Fyzici už roky snívajú o kvantovom internete, globálnej sieti, ktorá by namiesto elektrických signálov využívala zvláštne prepojenia medzi časticami svetla. Takáto sieť by poskytla mimoriadne bezpečnú komunikáciu a úplne nové možnosti výpočtov. Vedci v Edinburghu teraz oznámili, že sa im podarilo tento dlhodobý cieľ priblížiť k realite.
Prvýkrát prepojili dve samostatné siete
Tím z Heriotovej-Wattovej univerzity vytvoril prototyp kvantovej siete, ktorá spája dve pôvodne oddelené siete do jedného prekonfigurovateľného systému pre osem používateľov. Tento systém dokáže posielať kvantové previazanie konkrétnym používateľom a vie ho aj teleportovať tam, kde je to práve potrebné.
Výsledky vedcov, publikované v časopise Nature Photonics, stanovujú nový štandard pre rozsah, flexibilitu a výkon, aký by mohli dosahovať budúce kvantové siete.
Profesor Mehul Malik z Fakulty inžinierstva a fyzikálnych vied Heriotovej-Wattovej univerzity vysvetlil: „Iné tímy už ukázali, že je možné vybudovať jednu kvantovú sieť a posielať v nej previazané (entangled) častice viacerým používateľom naraz.
Ale toto je prvýkrát, čo sa niekomu podarilo prepojiť dve samostatné siete. Táto konfigurácia nielen rozdeľuje kvantové previazanie rôznymi spôsobmi, ona skutočne umožňuje, aby jedna sieť komunikovala s druhou. Je to veľký míľnik na ceste k reálnemu kvantovému internetu.“
Využívanie chaosu svetla ako zdroja
V centre prototypu Heriotovej-Wattovej univerzity nie je žiadny futuristický kvantový čip, ale obyčajné optické vlákno z obchodu, ktoré stojí menej než 100 libier. Tím využil spôsob, akým sa svetlo chaoticky rozptyľuje vnútri optického vlákna, aby mohol naprogramovať svoj prekonfigurovateľný smerovač kvantového zapletenia.
Dr. Natalia Herrera Valenciová, hlavná autorka štúdie, opisuje: „Svetlo sa vo vláknach odráža úplne chaoticky, prechádza stovkami vnútorných ciest. Tento chaos sme premenili na zdroj, ktorý dokážeme riadiť.“ Výsledkom je prekonfigurovateľné zariadenie s viacerými výstupmi, ktoré dokáže rozdeľovať kvantové zapletenie medzi používateľov v rôznych schémach. Podľa potreby môže prepínať medzi lokálnymi, vzdialenými aj zmiešanými spojeniami.
Dôležité je, že systém dokáže multiplexovať tieto kanály, čiže obslúžiť mnohých používateľov naraz, nielen jednu dvojicu. Multiplexovanie bežne používajú klasické telekomunikačné siete na prenos obrovských objemov dát cez jedno vlákno pomocou rôznych vlnových dĺžok. Tu sa rovnaký princíp uplatňuje v kvantovom svete.
Najpôsobivejšie je, že tím dosiahol multiplexovanú teleportáciu zapletenia. Vedci dokázali vymeniť zapletenie medzi štyrmi vzdialenými používateľmi v rámci dvoch kanálov súčasne. Doterajšie experimenty dokázali zapletenie teleportovať, ale nie pre toľkých používateľov naraz a v takej flexibilnej architektúre.
Dr. Natalia Herrera Valenciová povedala: „Tvarovaním svetla na vstupe sme v podstate naprogramovali samotné optické vlákno, premenili sme jeho chaotické vnútorné rozptyľovanie na výkonný, vysokodimenzionálny optický obvod.“ Vďaka tomu môžu vedci pomocou tohto naoko úplne obyčajného kúska vlákna smerovať kvantové previazanie kamkoľvek chcú, dokonca ho aj teleportovať.
Pozrite si
Veľký krok pre kvantové počítanie
Profesor Malik hovorí, že tento experiment má zásadné dôsledky pre kvantové technológie: „Je to naozaj vzrušujúce. Kvantové počítače môžu zmeniť svet od vývoja nových liekov cez nové materiály batérií až po obrovské zrýchlenie strojového učenia.“
Dodáva, že jednou z najsľubnejších ciest, ako postaviť veľký a výkonný kvantový počítač, je prepojiť množstvo menších kvantových procesorov. „Náš prototyp je sieť, ktorá dokáže flexibilne rozdeľovať a vymieňať kvantové previazanie medzi mnohými používateľmi – čiže medzi kvantovými procesormi. Môže to byť práve ten prelom, na ktorý kvantové počítanie čakalo. Áno, je to laboratórna ukážka, ale princíp sa dá rozšíriť.
Zdroj: Sci Tech Daily, Nature Photonics
(LDS)
