A tudósoknak sikerült két kvantum memória cellát összekapcsolniuk több mint 50 kilométeres távolságban, ami csaknem 40-szerese a korábbi rekordnak.
Ez az eredmény sokkal hihetőbbé teszi a szupergyors, rendkívül biztonságos kvantum internet gondolatát.
A kvantumcsatolás a kvantum összefonódásán alapul, vagy Einstein úgynevezett „kísérteties cselekedet távolságtól”: amikor két részecske elválaszthatatlanul összekapcsolódik és függ egymástól, még akkor is, ha nem ugyanazon a helyen vannak.
A kvantummemória a klasszikus számítási memória kvantumekvivalense – a kvantuminformációk tárolásának és hosszú ideig történő megőrzésének képessége -, és ha eljutunk arra a szakaszra, ahol a kvantumszámítógépek valóban praktikusak és hasznosak, akkor szükséges az emlékezet működtetése.
“Ennek a tanulmánynak az a fő következménye, hogy a kvantummemória közötti [optikai] szálak összefonódási távolságát kiterjessze egy város méretére” – mondta Jian-Wei Pan, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem csapatvezetője.
Ami a fotonikus (fény) részecskék összefonódását illeti, már korábban is foglalkoztunk ezzel üres térben és nagy távolságra lévő optikai szálakon, de a kvantummemória hozzáadása sokkal megnehezíti a folyamatot. A kutatók feltételezik, hogy erre jobb lehet egy másik típusú megközelítést alkalmazni: atomot és fotont kuszálnak egymás után következő csomópontokba, ahol az atomok csomópontok, a fotonok pedig üzeneteket továbbítanak.
Megfelelő csomóponthálózattal jobb alapot lehet biztosítani a kvantum internet számára, mint a tiszta kvantum összefonódása csak fotonok felhasználásával.
Ebben a kísérletben a kvantummemória két blokkja alacsony energiájú állapotra hűtött rubídium-atom volt. Amikor összekuszálódott fotonokkal társulnak, mindegyik a rendszer részévé válik.
Sajnos, minél messzebb kell utaznia egy fotonnak, annál nagyobb a veszélye annak, hogy ez a rendszer megszakad, ezért is olyan lenyűgöző ez az új lemez.
A kulcs egy rezonátorerősítésnek nevezett technika, amely a fotonikus kapcsolási veszteségek csökkentésére szolgál az összefonódás során.
Egyszerűen fogalmazva: a kvantummemória atomjainak különleges gyűrűkbe helyezésével csökken a véletlenszerű zaj, amely zavarhatja és tönkreteheti a memóriát.
A rezonátor felerősítésével nyert kötött atomok és fotonok csomópontot képeznek. A fotonokat ezután átalakítják telekommunikációs hálózatokon történő továbbításra alkalmas frekvenciára – ebben az esetben egy város méretű telekommunikációs hálózatra.
Ebben a kísérletben az atomok csomópontjai ugyanabban a laboratóriumban voltak, de a fotonoknak még mindig több mint 50 km hosszú kábeleken kellett mozogniuk. Vannak problémák az atomok tényleges további szétválasztásával, de van bizonyíték a koncepcióra.
“A hatalmas fejlődés ellenére a két csomópont között elért maximális fizikai távolság jelenleg 1,3 km, és a hosszabb távolsággal kapcsolatos problémák továbbra is fennállnak” – magyarázzák a kutatók publikált cikkükben.
“Kísérletünket kiterjeszthetjük az egyenlő távolságokkal fizikailag elválasztott csomópontokra, amelyek az atomi kvantumhálózat funkcionális szegmensét alkotják, megnyitva az utat az atomok összefonódásához sok csomópontnál és sokkal nagyobb távolságokon.”
Akkor a dolgok nagyon érdekessé válnak. Míg a kvantummemória egyenértékű lehet a számítógépes memóriával a klasszikus fizikában, a kvantumverziónak sokkal többet kell képesnek lennie – gyorsabban feldolgozni az információkat, és megoldani azokat a problémákat, amelyek túlmutatnak a jelenlegi számítógépeinken.
Ami ezt az adatátvitelt illeti, a kvantumtechnológia ígéri, hogy a fizika törvényeinek felhasználásával megnöveli az átviteli sebességet és biztosítja az adatátvitel biztonságát – feltéve, hogy megbízhatóan dolgozhatunk nagy távolságokon.
“A távoli kvantumprocesszorokat összekötő kvantum Internetnek lehetővé kell tennie számos úttörő alkalmazást, például az elosztott kvantumszámítást” – írják a kutatók. “Megvalósítása a távoli kvantummemóriák közötti távolsági kommunikációra támaszkodik.”
A tanulmány a Nature folyóiratban jelent meg.
Források: Fotó: Gerd Altmann / Pixabay
