Tutkijat onnistuivat yhdistämään kaksi kvanttimuistisolua yli 50 kilometrin etäisyydellä, mikä on melkein 40 kertaa edellinen ennätys.
Tämä saavutus tekee ajatuksesta erittäin nopeasta, erittäin turvallisesta kvantti-internetistä paljon uskottavamman.
Kvanttikytkentä perustuu kvanttitartuntaan tai siihen, mitä Einstein kutsui 'pelottavaksi toiminnaksi etäisyydellä': kun kaksi hiukkasia ovat erottamattomasti yhteydessä toisiinsa ja riippuvaisia toisistaan, vaikka ne eivät olisikaan samassa paikassa.
Kvanttimuisti on klassisen laskennallisen muistin kvanttiekvivalentti – kyky tallentaa kvanttitietoja ja säilyttää niitä pitkään – ja jos pääsemme vaiheeseen, jossa kvanttitietokoneet ovat todella käytännöllisiä ja hyödyllisiä, muistin saaminen toimimaan on välttämätöntä.
“Tämän tutkimuksen pääasiallisena seurauksena on [kvanttimuistin] välisen [optisen] kuidun takertumisetäisyyden pidentäminen kaupungin mittakaavaan”, kertoi ryhmän johtaja Jian-Wei Pan Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta.
Mitä tulee fotonisten (kevyiden) hiukkasten sotkeutumiseen, olemme käsitelleet tätä aikaisemmin tyhjässä tilassa ja pitkillä etäisyyksillä olevilla optisilla kuiduilla, mutta kvanttimuistin lisääminen vaikeuttaa prosessia. Tutkijat spekuloivat, että tähän saattaa olla parempi soveltaa erityyppistä lähestymistapaa: kietoutua atomi ja fotoni peräkkäisiin solmuihin, joissa atomit ovat solmuja ja fotonit lähettävät viestejä.
Oikealla solmuverkostolla voit tarjota paremman perustan kvantti-internetille kuin puhdas kvanttisitoutuminen käyttämällä vain fotoneja.
Tässä kokeessa kaksi kvanttimuistilohkoa olivat rubidiumatomit, jotka jäähdytettiin matalan energian tilaan. Kun ne liittyvät sotkeutuneisiin fotoneihin, niistä jokaisesta tulee osa järjestelmää.
Valitettavasti mitä kauemmas fotonin on kuljettava, sitä suurempi on riski, että järjestelmä häiriintyy, minkä vuoksi tämä uusi ennätys on niin vaikuttava.
Avain on tekniikka, jota kutsutaan resonaattorivahvistukseksi, joka vähentää fotonikytkentähäviöitä sotkeutumisen aikana.
Yksinkertaisesti sanottuna, sijoittamalla kvantimuistin atomeja erityisrenkaisiin, satunnaiskohina, joka voi häiritä ja tuhota muistia, vähenee.
Sitoutuneet atomit ja fotonit, jotka saadaan vahvistamalla resonaattoria, muodostavat solmun. Fotonit muunnetaan sitten taajuudeksi, joka soveltuu lähetykseen tietoliikenneverkkojen kautta – tässä tapauksessa kaupungin kokoiseksi tietoliikenneverkoksi.
Tässä kokeessa atomien solmut olivat samassa laboratoriossa, mutta fotonien täytyi silti liikkua yli 50 km pitkiä kaapeleita pitkin. Atomien todellisessa erottamisessa edelleen on ongelmia, mutta käsitteestä on todiste.
“Huolimatta valtavasta edistymisestä, kahden solmun välillä saavutettu suurin fyysinen etäisyys on tällä hetkellä 1,3 km, ja pidempien etäisyyksien ongelmat ovat edelleen”, tutkijat selittävät julkaisemassaan artikkelissa.
“Kokeilumme voidaan laajentaa solmuihin, jotka on fyysisesti erotettu yhtä suurilla etäisyyksillä, mikä muodostaa toiminnallisen segmentin atomisesta kvanttiverkosta, joka tasoittaa tietä atomien takertumiselle monissa solmuissa ja paljon pidemmillä etäisyyksillä.
Sitten asiat muuttuvat todella mielenkiintoisiksi. Vaikka kvanttimuisti voi olla vastaava kuin tietokoneen muisti klassisessa fysiikassa, kvanttiversion pitäisi pystyä tekemään paljon enemmän – prosessoimaan tietoa nopeammin ja ratkaisemaan ongelmia nykyisten tietokoneidemme ulkopuolella.
Mitä tulee näiden tietojen siirtämiseen, kvanttiteknologia lupaa lisätä siirtonopeutta ja varmistaa tiedonsiirron turvallisuuden fysiikan lakien avulla – edellyttäen, että voimme työskennellä luotettavasti pitkiä matkoja.
“Kvantti-Internetin, joka yhdistää etäkvanttiprosessorit, pitäisi olla mahdollista tehdä joukko uraauurtavia sovelluksia, kuten hajautettu kvanttilaskenta”, tutkijat kirjoittavat. “Sen toteutus riippuu kaukoliikenteestä etäisten kvanttimuistien välillä.”
Tutkimus julkaistiin Nature-lehdessä.
Lähteet: Kuva: Gerd Altmann / Pixabay
