Ha valaha is lehet ultrabiztos, szupergyors „kvantum internetet” létrehozni, akkor a kvantumba fonódott fotonok elengedhetetlenek ahhoz – és a tudósok most egy nagyon hasznos új módszert találtak ezek előállítására.
A kvantum összefonódása olyan jelenség, amikor két részecske (például foton) kapcsolódik egymáshoz, függetlenül a közöttük lévő fizikai távolságtól. Ha az egyik részecskével történik valami, akkor a másikkal is történni kell.
Noha a fizikusok még mindig nem értik pontosan, hogy az összefonódás miként történik, ez a jelenség megnyitja a kvantumhatalommal való hosszú távú kommunikáció lehetőségét – ahol a részecskék elmozdulása egy helyen vezet az összefonódott részecskék eltolódásához hatalmas távolságokon.
Ez a konkrét tanulmány azt sugallja, hogy a kvantum kusza fotonokat használják kvantumkulcs-elosztóként (QKD), egyfajta alacsony szintű kvantum Internetként, ahol a klasszikus adatok egyek és nullák formájában a magánélet és a biztonság további rétegét nyerik a kvantumfizika révén.
Eddig az ezekhez a titkosítási módszerekhez használt összefonódott fotonok a közeli infravörös hullámhossz-tartományra (700-1550 nm) korlátozódtak, így sebezhetővé tették őket a fényelnyelő gázok és a napsugárzás által okozott interferenciának.
Más szavakkal, az adatkapcsolat csak éjszaka működik: nem ideális az állítólagosan következő generációs internetes infrastruktúrához.
Új kutatások azt mutatják be, hogyan lehet előállítani és detektálni az összefonódott fotonokat az ilyen interferenciától védett, hosszabb, 2,1 mikrométeres hullámhosszon. A végeredmény sokkal megbízhatóbb és stabilabb kommunikációs csatorna.
“Bebizonyítottuk, hogy polarizációval összefonódó fotonpárok generálhatók, irányíthatók és detektálhatók a mi megközelítésünkkel” – írják a kutatók publikált cikkükben.
“Ez a munka egy új platformot jelent a kvantumoptika számára, és utat nyit a kvantumérzékelés és a nagy hatótávolságú kvantumbiztonsági kommunikáció technológiai alkalmazásai számára ebben a hullámhosszú üzemmódban.”
Ennek elérése érdekében a kutatók egy nemlineáris lítium-niobát-kristályt használtak: kusza fotonpárokat hoztak létre a kristályra irányított lézer ultrarövid fényimpulzusainak felhasználásával.
A Quantum Internet, ha ki tudjuk találni, hogyan lehet létrehozni, sokszor erősebbnek, biztonságosabbnak és privátabbnak ígérkezik, mint bármi, ami ma van. Például bármilyen hackelési kísérlet azonnal megszakítja a megfelelő kapcsolatot – egy jó biztonsági hálót.
Még nagyon messze vagyunk attól, hogy megvalósítsuk ezt az álmot – távolságban, stabilitásban, praktikusságban -, de az ilyen újítások folyamatosan közelebb visznek minket, és a kvantumszámítást a hipotézisből a valóságba alakítják.
“A következő fontos lépés a rendszer miniatürizálása lesz, integrált fotonikus eszközökké alakítva, alkalmassá téve tömeggyártásra és más alkalmazott forgatókönyvekben történő felhasználásra” – mondja Michael Kues kvantumfizikus a Hannoveri Egyetemről. Leibniz Németországban.
A tanulmány a Science Advances folyóiratban jelent meg.
