Vedecké tímy z Číny, zo Spojených štátov a z Holandska nezávisle od seba preukázali kvantové previazanie na niekoľko kilometrov.
Počítače sa v budúcnosti zmenia. Zdroj: iStockphoto.com
Výskumné tímy v Číne, Spojených štátoch a Holandsku nezávisle od seba priblížili ľudstvo bližšie k snu o kvantovom internete. Využili optické vlákna na preukázanie kvantového prepletenia v mestách, v ktorom sú dva objekty a viac prepojené tak, že obsahujú rovnaké informácie, aj keď ich delí niekoľko kilometrov. Tieto objavy sú kľúčovým krokom k vytvoreniu kvantového internetu, sieti, ktorá by mohla umožniť výmenu informácií zakódovaných v kvantových stavoch.
Čo je kvantové previazanie?
Pojem kvantové previazanie (niekedy aj kvantové prepletenie, anglicky quantum entanglement) označuje v kvantovej mechanike vlastnosť dvoch alebo viacerých častíc, ktorých kvantový stav je prepojený, a to bez ohľadu na ich vzájomnú fyzickú vzdialenosť. Zo zistenia stavu jednej častice je možné zistiť stav druhej previazanej častice. Kvantovo previazané častice majú praktické uplatnenie pre kvantovú teleportáciu, kvantovú kryptografiu, superhusté kódovanie alebo v kvantových počítačoch.
Kvantový sieťový uzol v Technickej univerzite v Delfte v Holandsku. Zdroj: Marieke de Lorijn pre QuTech
Kvantový internet zmení svet
Každý vedecký tím použil vo svojom meste optické vlákna dlhé desiatky kilometrov na vytvorenie siete založenej na kvantovom fenoméne previazania, ktorý umožňuje páru oddelených fotónov zostať úzko prepojené v čase a priestore.
„Spoločne sú experimenty doteraz najpokročilejšími demonštráciami technológie potrebnej pre kvantový internet,“ povedal fyzik Tracy Northup z Univerzity v Innsbrucku v Rakúsku. Každý z troch výskumných tímov – so sídlom v Spojených štátoch, Číne a Holandsku – dokázal prepojiť časti siete pomocou fotónov v infračervenej časti svetelného spektra.
Ak by všetko fungovalo, ako má, kvantový internet by mohol umožniť ktorýmkoľvek dvom používateľom vytvoriť takmer nenapadnuteľné kryptografické zabezpečenie na ochranu citlivých informácií. Plné využitie previazania by napríklad mohlo prepojiť samostatné kvantové počítače do jedného väčšieho a výkonnejšieho stroja. Vďaka tejto technológii by sme vedeli rozšíriť možnosti vedeckých experimentov, napríklad vytvorením sietí optických ďalekohľadov, ktoré majú rozlíšenie stovky kilometrov.
Experimenty čínskych a amerických tímov publikoval časopis Nature, zatiaľ čo výskum holandských výskumníkov bol nahraný na webovú stránku úložiska arXiv a zatiaľ neprešiel odborným recenzovaním.
Experimenty sa prístupom líšili
Kvantové bity alebo qubity sú prísľubom spoľahlivejšieho prenosu informácií, pretože častice sa menia pri pozorovaní a meraní. Každý uzol obsahuje qubity – kvantovú verziu počítačových bitov, základnú jednotku informácie reprezentovanú 0 alebo 1, ktorá môže existovať aj v treťom kombinovanom stave –, ktoré komunikujú prostredníctvom fotonických kanálov.
Zatiaľ čo každý tím demonštroval kvantové previazanie pomocou káblov z optických vláken na vytvorenie bezpečných spojení medzi zariadeniami, ich prístupy sa líšili. Americkí vedci prepojili dva uzly umiestnené vedľa seba v Harvardovom laboratóriu v Cambridgei v štáte Massachusetts pomocou 35-kilometrovej vláknovej slučky, ktorá sa tiahla až do Bostonu.
Americký tím použil zariadenia, kde nahradil atómy uhlíka kremíkom. „V podstate sme preplietli dva malé kvantové počítače,“ uviedol Mikhail Lukin, fyzik na Harvadovej univerzite.
Čínsky tím vytvoril tri uzly – nazývané Alice, Bob a Charlie – v trojuholníkovej sieti okolo Che-fej, hlavného mesta provincie An-chuej, s centrálnym serverovým laboratóriom uprostred, všetky vo vzdialenosti približne desať kilometrov od seba. Výskumníci vytvorili jednofotónovú schému pomocou qubitov zakódovaných v súbore atómov rubídia, aby poslali jeden fotón z každého uzla na server. Ak dva fotóny dorazili na server presne v rovnakom čase, dosiahli previazaný stav. Očakávajú, že do konca dekády budú schopní vytvoriť kvantové previazanie na dĺžku tisíc kilometrov pomocou približne desať uzlov.
V Holandsku sa vlákna dlhé 25 kilometrov tiahli z Delftu do Haagu a spájali dva uzly so serverom v strede. Vedci použili atómy dusíka vložené do diamantových kryštálov.
Postup kvantového previazania, ktorý používajú čínske a holandské tímy, vyžadoval, aby fotóny dorazili na centrálny server s extrémnou presnosťou načasovania, čo bolo jednou z hlavných výziev experimentov.
Zdroj: Nature, SCMP, Wikipedia
(JM)
