Jos on koskaan mahdollista luoda erittäin turvallinen, supernopea 'kvantti-internet', kvanttisitoutuneet fotonit ovat ehdottoman välttämättömiä sille – ja tutkijat ovat juuri löytäneet erittäin hyödyllisen uuden tavan tuottaa niitä.
Kvanttitartunta on ilmiö, jossa kaksi hiukkaa (kuten fotoneja) on kytketty toisiinsa riippumatta niiden välisestä fyysisestä etäisyydestä. Jos jollekin hiukkasesta tapahtuu jotain, toisen täytyy tapahtua.
Vaikka fyysikot eivät edelleenkään ymmärrä täysin, miten takertuminen tapahtuu, tämä ilmiö avaa mahdollisuuden pitkän kantaman kommunikointiin kvanttitehon kanssa – missä hiukkasten siirtymät yhdessä paikassa johtavat takertuneiden hiukkasten siirtymiin valtavien etäisyyksien päässä.
Tämä erityinen tutkimus viittaa siihen, että kvanttisitoutuneita fotoneja käytetään kvanttiavainjakeluna (QKD), eräänlaisena matalan tason kvantti-Internetinä, jossa klassinen tieto yksien ja nollien muodossa saa ylimääräisen yksityisyyden ja turvallisuuden kerroksen kvanttifysiikan avulla.
Tähän asti näihin salausmenetelmiin käytetyt kietoutuneet fotonit ovat rajoittuneet lähi-infrapuna-aallonpituusalueelle 700-1550 nm, mikä tekee niistä alttiita valoa absorboivien kaasujen ja auringon säteilyn aiheuttamille häiriöille.
Toisin sanoen datayhteys toimii vain yöllä: ei ole ihanteellinen seuraavan sukupolven Internet-infrastruktuurille.
Uusi tutkimus osoittaa, kuinka takertuneet fotonit voidaan tuottaa ja havaita pidemmällä 2,1 mikrometrin aallonpituudella, joka on suojattu tällaisilta häiriöiltä. Lopputuloksena on paljon luotettavampi ja vakaampi viestintäkanava.
“Olemme osoittaneet, että polarisaatioon kietoutuneet fotoniparit voidaan tuottaa, hallita ja havaita lähestymistapamme avulla”, tutkijat kirjoittavat julkaisemassaan artikkelissa.
“Tämä työ tarjoaa uuden alustan kvanttioptiikalle ja tasoittaa tietä teknologiasovelluksille kvanttitunnistukseen ja pitkän kantaman kvanttiturvalliseen viestintään tässä aallonpituustilassa.”
Tämän saavuttamiseksi tutkijat käyttivät epälineaarista litiumniobaattikiteitä: kietoutuneet fotoniparit luotiin käyttämällä ultralyhyitä valopulsseja kiteelle kohdennetusta laserista.
Jos pystymme keksimään, miten se luodaan, Quantum Internet lupaa olla monta kertaa tehokkaampi, turvallisempi ja yksityisempi kuin mikään muu meillä tänään. Esimerkiksi mikä tahansa hakkerointiyritys rikkoo välittömästi vastaavan yhteyden – ei huono turvaverkko.
Olemme vielä kaukana tämän unelman toteuttamisesta – etäisyydellä, vakaudessa, käytännöllisyydessä – mutta tällaiset innovaatiot tuovat meidät tasaisesti lähemmäs ja muuttavat kvanttilaskennan hypoteesista todellisuuteen.
“Seuraava tärkeä askel on pienentää tämä järjestelmä muuttamalla se integroiduiksi fotonisiksi laitteiksi, mikä tekee siitä sopivan massatuotantoon ja käytettäväksi muissa sovellettavissa tilanteissa”, sanoo kvanttifyysikko Michael Kues Hannoverin yliopistosta. Leibniz Saksassa.
Tutkimus julkaistiin Science Advances -lehdessä.
