A kaliforniai Technológiai Intézet mérnökei bebizonyították, hogy az optikai üregek üregeiben lévő atomok válhatnak a kvantum Internet működésének egyik fő technológiájává. A kutatók munkáját a Nature folyóiratban tették közzé.
A kvantumhálózatok a kvantumszámítógépeket egy speciális rendszeren keresztül fogják összekapcsolni, amely kapcsolatot fog biztosítani közöttük. Az elméletben a kvantumszámítógépek egy napon képesek lesznek bizonyos funkciók gyorsabb végrehajtására, mint a klasszikus számítási rendszerek, a kvantummechanika olyan tulajdonságainak felhasználásával, mint például az állapotok szuperpozíciója, amely lehetővé teszi, hogy a kvantumbitek nulla és egyidejűek legyenek.
A klasszikus számítógépekhez hasonlóan a tudósok több kvantum számítógépet szeretnének összekapcsolni az adatok cseréjére és az együttműködésre - egyfajta "kvantum-internet" létrehozására. Ez számos alkalmazás számára nyitva hagyná az ajtót, beleértve az elosztott kvantumszámítást és a titkosított kommunikációt. Egy ilyen hálózatnak azonban képesnek kell lennie arra, hogy információt továbbítson két eszköz között anélkül, hogy megváltoztatná az átadott információ kvantumjellemzőit.
A jelenlegi modell így működik: Egy atom vagy ion mint egy kvbit viselkedik, és információt tárol kvantumtulajdonságairól, például a spinről. Az információ elolvasásához és egy másik helyre történő átviteléhez az atomot fény impulzussal kell gerjeszteni, és ez olyan fotont bocsát ki, amelynek a spinja összefonódik az atom spinjével és egyenlő azzal. A foton ezután nagy távolságon keresztül továbbíthatja az atommal kapcsolatos információkat egy optikai kábel segítségével. De ezt megtenni nehezebb, mint amilyennek hangzik. A legtöbb atom érzékeny a mágneses és az elektromos mező ingadozására, ami hibákat okoz az azokon alapuló eszközök működésében.
A probléma kiküszöbölése érdekében a Caltech kutatói nanophotonic rezonátort építettek fel - egy 10 mikron hosszú rúdot, amelynek felületére speciális mintázatot írtak, ittrium-ortovanadát kristályból. Ezután a tudósok a ritkaföldfémek ytterbium Yb 3+ ionját helyeztek a középpontba. Amikor a sugárzást egy ilyen rezonátoron továbbítják, akkor többször áthalad a rúd mentén, és végül, ha elegendő energiát veszít el, az ytterbium-ion felszívódik. A szerzők azt is kimutatták, hogy az anyag üregei megváltoztatják az ion környezetét, így a kibocsátott foton az anyag 99% -áig megmaradhat, míg a tudósok megmérhetik annak tulajdonságait.
Ezenkívül az ytterbium-ionok képesek információt tárolni a hátukban 30 milliszekundum alatt. Ez elég ahhoz, hogy információt továbbítson az Egyesült Államok kontinentális területein. A csapat jelenleg a kvantumhálózat építőelemeinek megteremtésére összpontosít. Ezután azt remélik, hogy kibővítik kísérleteiket, és a két kvantumbit távolságra kapcsolják egymást.
Szerző: Nikita Shevtsev