Zespół naukowców w Chinach połączył pamięć kwantową na ponad 50 milach kabla światłowodowego, bijąc poprzedni rekord ponad 40 razy. Naukowcy twierdzą, że to osiągnięcie jest ważnym krokiem w kierunku odpornego na hakowanie Internetu.
Internet, którego używamy dzisiaj, był naprawdę rewolucyjnym wynalazkiem. Połączył świat z informacjami i pozwolił nam udostępnić miliony zdjęć uroczych i milutkich kotów. Ale internet jest również pełen hakerów próbujących przechwycić ważne lub poufne informacje. Aby się odeprzeć, fizycy wymyślili rozwiązanie, z niewielką pomocą kota Schrödingera, słynnego, hipotetycznego martwego i żywego kota, który miał odsłonić dziwną naturę cząstek subatomowych.
To zaproponowane rozwiązanie to nowy Internet rządzony przez dziwny świat mechaniki kwantowej. Taki internet może kiedyś stać się standardem bezpiecznego wysyłania, odbierania i przechowywania danych.
W klasycznym świecie komputerowym informacje reprezentowane są przez bity o wartościach 0 lub 1. Internet kwantowy, podobnie jak komputer kwantowy, wykorzystałby jedną z podstawowych właściwości mechaniki kwantowej, zasadę superpozycji. Zasada ta jest doskonale opisana za pomocą paradoksu fizyka Erwina Schrödingera, że kot w pudełku jest jednocześnie martwy i żywy. Komputery kwantowe używają bitów kwantowych lub „kubitów”, które mogą istnieć w stanie superpozycji, w którym mają jednocześnie wartość 1 i 0. Kubit istnieje w tym stanie niepewności, dopóki nie zostanie zmierzony przez obserwatora, zapadając kubit do określonego stanu 0 lub 1.
Jeśli sparujesz dwa lub więcej kubitów, zostaną one splątane. Splątanie kwantowe to eteryczne połączenie między dwiema lub więcej cząsteczkami, tak że każde działanie na jednej natychmiast wpływa na inne, bez względu na to, jak daleko się od siebie znajdują. Albert Einstein nazwał to zjawisko „upiorną akcją na odległość”. Prawdziwa magia kwantowego Internetu zaczyna się, gdy informacja jest wysyłana za pomocą splątanych cząstek, zwanych także teleportacją kwantową.
„Teleportacja kwantowa jest sposobem na przeniesienie nieznanego stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą w odległym miejscu, bez wysyłania samej oryginalnej cząstki”, Jian-Wei Pan, profesor fizyki na Uniwersytecie Nauki i Technologii Chin w Hefei i współautor badania, powiedział w wywiadzie dla National Science Review.
Ponieważ splątane kubity nie są fizycznie połączone ze sobą w żadnym kształcie ani formie, przechwycenie komunikacji między nimi jest niemożliwe.
Pan i jego zespół już wykazali splątanie lekkich cząstek lub fotonów na duże odległości w pustej przestrzeni. W 2017 r. Jego zespół zaplątał dwa fotony oddzielone odległością 746 mil (1200 km), wykorzystując krążący wokół Ziemi przekaźnik satelitarny Micius.
W praktyce uwikłanie jest wybrednym przedsięwzięciem. Najmniejsze zakłócenia, takie jak zmiana temperatury lub wibracji, mogą zerwać połączenie między splątanymi cząsteczkami, zapadając się we wspólnym stanie. Aby zrealizować prawdziwy kwantowy internet, fizycy będą musieli skorzystać z pomocy tak zwanych wspomnień kwantowych.
„Pamięć kwantowa jest urządzeniem przechowującym informacje kwantowe. Musi przechowywać superpozycję dwóch stanów”, powiedział Xiao-Hui Bao, profesor fizyki na Uniwersytecie Nauki i Technologii Chin w Hefei i współautor badania Nauka na żywo.
Wspomnienia kwantowe
W badaniu opublikowanym 12 lutego w czasopiśmie Nature panu i jego współpracownikom udało się zaplątać wspomnienia kwantowe na 50 km kabla światłowodowego. Poprzedni zapis separacji między wspomnieniami wynosił 1,3 mil (1,3 km).
Bao powiedział, że w eksperymencie nowego badania pamięć kwantowa jest zespołem chłodzonych laserowo atomów rubidu uwięzionych w próżni. Zespół użył fotonów do odczytu i zapisu w chmurze 100 milionów uwięzionych atomów. Fotony wykorzystano do wzbudzenia atomów w wyższy stan energetyczny, ustawiając kubity, które badacze chcieli zaplątać, i wytworzyli splątany foton, który ma być przesłany kablem optycznym. Następnie naukowcy musieli zmienić częstotliwość fotonu, aby nie zgubił się w 50 km światłowodu zwiniętego w laboratorium. Wreszcie foton może zostać wysłany w podróż przez kabel, aby skutecznie uwikłać drugą pamięć kwantową.
Chociaż osiągnięto kwantowe splątanie między pamięcią, zespół musi jeszcze przeprowadzić kwantową teleportację informacji między dwoma węzłami. Naukowcy powiedzieli, że mają nadzieję, że ta praca utoruje drogę do stworzenia sieci kwantowych stacji przekaźnikowych, które rozszerzyłyby zaplątaną komunikację na większe odległości, ostatecznie prowadząc do wielkoskalowej sieci kwantowej.
