Prelomové zariadenie, ktoré umožní vzájomné prepojenie kvantových počítačov, máme na dosah ruky vďaka práci vedcov z Inštitútu Maxa Plancka z oddelenia kvantovej optiky v nemeckom Garchingu.

Kvantový modem pripojíme do existujúcej telekomunikačnej siete

Stredobodom záujmu týchto vedcov je už dlhšiu dobu vytvorenie rozhrania, ktoré by umožňovalo diaľkový prenos vysoko citlivých kvantových informácií. Až teraz sa im však podarilo vytvoriť relatívne jednoduchú, ale na druhej strane nesmierne efektívnu technológiu, ktorú je dokonca možné integrovať do súčasných optických sietí, upozornil portál Phys.

Samozrejme je reč o zariadení nazývanom kvantový modem, ktoré dokáže zabezpečiť aby stacionárne kvantové bity (qubity) dokázali efektívne komunikovať s „lietajúcimi“ qubitmi  na veľké vzdialenosti bez toho, aby došlo k deštrukcii kvantových informácií. Podrobnejšie vlastnosti boli zverejnené v žurnále Physical Review X.

Pixabay

Qubit alebo kvantový bit je jednotka kvantovej informácie, s ktorou pracujú kvantové počítače. Je odvodená od bitu, avšak okrem hodnôt 0 a 1 dokáže nadobudnúť obe hodnoty súčasne – tento stav je potom známy ako superpozícia. Princíp superpozície využívajú napríklad aj vedci z Argonského národného laboratória, ktorí pracujú na vytvorení nehacknuteľného internetu.

Vedci plánujú stacionárne qubity umiestniť do komponentov, ako napríklad pamäť alebo procesor kvantového počítača, pričom lietajúce qubity budú slúžiť na prenos kvantových informácií. Túto technológiu sa vedcom podarilo nie len navrhnúť, ale rovno aj otestovať základnú funkčnosť, na základe čoho dospeli k záveru, že ide o najrýchlejší spôsob, ako posunúť fungujúce kvantové sieťové prepojenie kvantových technológií na veľké vzdialenosti (kvantový internet).

Zrkadlová skrinka pomáha k rýchlemu dosiahnutiu kvantového skoku

Aby celý systém dokázal bezchybne fungovať (a aby ho bolo možné integrovať do existujúcej optickej siete) je potrebné vysielané fotóny alebo prijímané modemom presne „zarovnať“ s infračervenou vlnovou dĺžkou laserového svetla, ktorá sa v súčasnosti využíva v telekomunikačných sieťach. Inými slovami stacionárne qubity musia presne reagovať na tieto „infračervené fotóny“ kvantovým skokom – náhlym prechodom z jedného kvantového stavu do druhého, informoval portál Swissquantumhub.

Ako najvhodnejšie sa vedcom javilo využitie atómov erbia. Problémom však bolo, že atómom erbia sa príliš nechcelo vykonať kvantový skok. Z tohto dôvodu umiestnili vedci tieto atómy do priehľadného kryštálu vyrobeného z kremičitanu ytritého.

Samotný kryštál, ktorý je päťkrát tenší ako ľudský vlas, je umiestnený medzi dvomi zrkadlami. Aby sa zabránilo deštrukcii kvantových informácii vplyvom kolísania teploty, celý systém je ochladený na -271 °C.

Obrázok znázorňujúci kvantové zapletenie, známe aj ako kvantové previazanie. Zdroj: National Institute of Standards and Technology

Podľa vedcov sa fotóny zachytené medzi zrkadlami odrážajú ako pingpongové loptičky, čo vyvolá stav, kedy atómy erbia prejdú kvantovým skokom. Bez použitia tejto zrkadlovej skrinky by k tomu stavu došlo až o 60-krát pomalšie. Samotné zrkadla sú do určitej miery priepustné, aby celý systém bolo možné pripojiť k optickej sieti.

Vedci sa tiež zhodujú na tom, že týmto spôsobom by mohli byť realizované aj kvantové opakovače, ktoré by približne po každých 100 kilometroch kompenzovali straty kvantových informácií v optických sieťach. Ak ťa náhodou napadlo, že by si si takýto model chcel zaobstarať aj domov, rýchlo na to zabudni. Jedno takéto zariadenie totiž stojí okolo 100 000 €.