Még 2020 februárjában az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Argonne Nemzeti Laboratóriumának és a Chicagói Egyetem tudósai felfedezték, hogy kvantumos összefonódást értek el – amelyben két apró részecske pár viselkedése megkötődik, így állapotaik azonosak – ez egy 83,7 km-es hálózaton történt kvantummal hurkok Chicago külvárosában.
Kíváncsi lehet, hogy mi ez a felhajtás, ha nem egy tudós, aki ismeri a kvantummechanikát – vagyis az anyag és az energia viselkedését a valóság legkisebb skáláján, amely különösen különbözik attól a világtól, amelyet körülöttünk láthatunk.
A kutatók feltárása fontos lépés lehet az internet új, sokkal erőteljesebb verziójának kifejlesztésében a következő évtizedekben. A modern hálózat által használt bitek helyett, amelyek csak 0-ként vagy 1-ként fejezhetők ki, a leendő kvantum Internet kvantuminformációs kviteket fog használni, amelyek végtelen sok értéket vehetnek fel. (A qubit egy információegység a kvantum számítógép számára.)
Ez nagy mennyiségű sávszélességet biztosítana a kvantum internetnek, lehetővé téve számára, hogy rendkívül nagy teljesítményű kvantum számítógépeket és más eszközöket csatlakoztasson, és olyan alkalmazásokat futtasson, amelyek egyszerűen nem lehetségesek a rendelkezésünkre álló internettel.
“A kvantum internet a kvantum ökoszisztéma platformjává válik, ahol a számítógépek, hálózatok és szenzorok alapvetően új módon cserélnek információt, amelyben az érzékelés, a kommunikáció és a számítás a szó szoros értelmében együtt működik” – magyarázza David Aushalom, az iskola spintronikai és kvantuminformációs professzora. Molekuláris mérnöki munkák: Pritzker a Chicagói Egyetemen és az Argonne vezető munkatársa, aki a kvantumhurok projektet vezette.
Mi a Quantum Internet?
Akkor miért van szükségünk rá és mit csinál? Kezdetnek a kvantum internet nem helyettesíti a ma meglévő szokásos internetet. Inkább kiegészítés hozzá. Gondoskodhat néhány olyan problémáról, amely zavarja a jelenlegi internetet. Például a kvantum internet nagyobb védelmet nyújt a hackerek és a számítógépes bűnözők ellen. Jelenleg, ha a New York-i Alice az interneten keresztül üzenetet küld a kaliforniai Bobnak, ez az üzenet nagyjából egyenes vonalban halad a parttól a partig. Útközben az üzenetet hordozó jelek romlanak; az ismétlők jeleket olvasnak, felerősítik és kijavítják a hibákat. De ez a folyamat lehetővé teszi a hackerek számára, hogy „feltörjék” és lehallgassák az üzenetet.
A kvantumüzeneteknél nincs ilyen probléma. A kvantumhálózatok könnyű fotonrészecskéket használnak a kibertámadásoktól mentes üzenetek küldésére. Ray Newell, a Los Alamos Nemzeti Laboratórium kutatója szerint matematikai összetettséggel történő titkosítás helyett a kvantumfizika speciális szabályaira támaszkodunk. A kvantuminformációkkal „nem másolhatod vagy oszthatod meg, és nem is nézheted meg anélkül, hogy megváltoztatnánk”. Valójában az üzenet elfogásának megkísérlése pusztítja az üzenetet, ahogy a vezetékes napló megjegyzi. Ez mindent sokkal biztonságosabbá tenné, mint ami ma elérhető.
“A kvantum internet fogalmának megértésének legegyszerűbb módja a kvantum teleportálás fogalma” – mondja Sumit Khatri, a Baton Rouge-i Louisiana Állami Egyetem kutatója. Kollégáival cikket írt egy űralapú kvantum Internet lehetőségéről, amelyben a műholdak folyamatosan összekuszált fotonokat sugároznak a Föld felszínére, amint azt a Technológia áttekintése cikk leírja.
“A kvantumteleportálás nem olyan, mint amivel egy nem tudós elméje előállhat a sci-fi filmekben látottak szempontjából” – mondja Khatri. „A kvantumteleportálás során két kommunikálni akaró ember osztozik egy pár kusza kvantumrészecskében. Ezután egy műveletsorozaton keresztül a küldő bármilyen kvantum információt elküldhet a vevőnek (bár ezt nem lehet a fénysebességnél gyorsabban végrehajtani). A világ minden táján élő emberpárok közötti közös összefonódás lényegében az internetes kvantumot alkotja. A legfőbb kutatási kérdés az, hogy hogyan lehet a legjobban elosztani ezeket az összefonódott párokat az egész világon elterjedt emberek között. '
Amint ezt nagy léptékben meg lehet valósítani, a kvantum Internet olyan elképesztően gyors lesz, hogy a távoli órákat körülbelül ezerszer pontosabban szinkronizálják, mint a ma elérhető legjobb atomórák – írja a Cosmos magazin. Ez sokkal pontosabbá tenné a GPS navigációt, mint a mai, és olyan részletesen megjelenítené a Föld gravitációs mezőjét, hogy a tudósok észrevegyék a gravitációs hullámok lüktetését. Ez lehetővé teheti azt is, hogy a fotonok távoli látható fényű távcsövekből teleportálódjanak a Földön, és összekapcsolják őket egy óriási virtuális obszervatóriummal.
“Láthatná a bolygókat más csillagok körül” – mondja Nicholas Peters, az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium kvantuminformatikai csoportjának vezetője.
A kvantum Internet felépítésének problémái.
De mielőtt ezek bármelyike bekövetkezhetne, a kutatóknak ki kell találniuk, hogyan lehet felépíteni egy kvantum Internetet, és tekintettel a kvantummechanika furcsa természetére, nem lesz könnyű. “A klasszikus világban kódolhatja és tárolhatja az információkat, és nem pusztul el” – mondja Peters. “A kvantumvilágban kódolod az információkat, és azok szinte azonnal elkezdenek bomlani.”
További probléma, hogy mivel a kvantuminformációnak megfelelő energiamennyiség valóban kicsi, nehéz megakadályozni, hogy kölcsönhatásba lépjen a külvilággal. Ma “sok esetben a kvantumrendszerek csak nagyon alacsony hőmérsékleten működnek” – mondja Newell. “Egy másik alternatíva a vákuumban végzett munka.”
Newell szerint egy kvantum internetes függvény létrehozásához olyan hardverekre van szükségünk, amelyeket még nem fejlesztettek ki. Ezért nehéz megmondani, hogy pontosan mikor indul el a kvantum Internet, bár egyes tudósok szerint ez már 2030-ban megtörténhet.
