Учените са успели да свържат две клетки с квантова памет на разстояние повече от 50 километра, което е почти 40 пъти повече от предишния рекорд.
Това постижение прави идеята за супер бърз, свръхсигурен квантов интернет много по-правдоподобна.
Квантовото свързване разчита на квантовото заплитане или това, което Айнщайн нарича „призрачно действие на разстояние“: когато две частици са неразривно свързани и зависят една от друга, дори ако не са на едно и също място.
Квантовата памет е квантовият еквивалент на класическата изчислителна памет – способността да съхранява квантовата информация и да я задържа за дълго време – и ако ще стигнем до етапа, в който квантовите компютри са наистина практични и полезни, необходимо е тази памет да работи.
“Основното значение на това проучване е да се разшири разстоянието на заплитане в [оптичното] влакно между квантовата памет до мащаба на един град”, каза ръководителят на екипа Джиан-Уей Пан от Китайския университет за наука и технологии.
Що се отнася до заплитането на фотонни (светлинни) частици, ние сме се справяли с това в миналото в празно пространство и върху оптични влакна на големи разстояния, но добавянето на квантова памет прави процеса много по-труден. Изследователите предполагат, че може би е по-добре да се възприеме друг вид подход за това: заплитане на атом и фотон в последователни възли, където атомите са възли, а фотоните предават съобщения.
С правилната мрежа от възли може да се осигури по-добра основа за квантовия интернет от чистото квантово заплитане, използвайки само фотони.
В този експеримент два блока квантова памет са атоми на рубидий, охладени до ниско енергийно състояние. Когато те са свързани със заплетени фотони, всеки от тях става част от системата.
За съжаление, колкото по-далеч трябва да пътува един фотон, толкова по-голям е рискът тази система да бъде нарушена, поради което този нов запис е толкова впечатляващ.
Ключът е техника, наречена резонаторно усилване, която работи за намаляване на загубите от фотонно свързване по време на заплитането.
Най-просто казано, чрез поставяне на атоми на квантовата памет в специални пръстени се намалява случаен шум, който може да попречи и да унищожи паметта.
Свързаните атоми и фотони, генерирани от усилването на резонатора, образуват възел. След това фотоните се преобразуват в честота, подходяща за предаване по телекомуникационни мрежи – в този случай телекомуникационна мрежа с размерите на град.
В този експеримент възлите на атомите бяха в една и съща лаборатория, но фотоните все пак трябваше да се движат по кабели с дължина над 50 км. Има проблеми с действителното разделяне на атомите допълнително, но има доказателство за концепцията.
“Въпреки огромен напредък, в момента максималното физическо разстояние, постижимо между два възела, е 1,3 км и проблемите с по-дългите разстояния остават”, обясняват изследователите в публикуваната си статия.
“Нашият експеримент може да бъде разширен до възли, физически разделени от равни разстояния, които ще формират функционален сегмент от атомната квантова мрежа, проправяйки пътя за атомно заплитане на много възли и на много по-големи разстояния.”
Тогава нещата ще станат наистина интересни. Докато квантовата памет може да е еквивалент на компютърната памет в класическата физика, квантовата версия трябва да може да прави много повече – да обработва информацията по-бързо и да решава проблеми, които надхвърлят настоящите ни компютри.
Що се отнася до прехвърлянето на тези данни, квантовата технология обещава да увеличи скоростта на трансфер и да осигури сигурността на трансфера на данни, като използва самите закони на физиката – при условие, че можем да работим надеждно на големи разстояния.
„Квантовият интернет, свързващ отдалечени квантови процесори, трябва да даде възможност за редица новаторски приложения като разпределените квантови изчисления“, пишат изследователите. „Изпълнението му ще разчита на комуникация на дълги разстояния между отдалечени квантови спомени.“
Изследването е публикувано в списание Nature.
Източници: Снимка: Gerd Altmann / Pixabay
