Cercetătorii de la Imperial College London, Universitatea din Southampton și la Universitățile din Stuttgart și Würzburg din Germania, au dezvoltat un studiu care vine să transpună în realitate o tehnologie demnă de SF – internetul cuantic.
În prezent, biții calculatoarelor clasice se transmit sub formă de impulsuri de lumină prin cabluri de fibră optică, folosind dispozitive numite „repetori” pentru a amplifica semnalele pe toată lungimea rețelei.
Pentru a transmite qubiți pe distanțe mai mari, în același mod în care se transmit în prezent biții calculatoarelor clasice, vom avea nevoie de dispozitive similare care pot stoca și retransmite stări cuantice în întreaga rețea, asigurând fidelitatea semnalului indiferent de distanța pe care trebuie să o parcurgă datele.
Aceste dispozitive de memorie cuantică ar putea primi, stoca și transmite stări de qubiți. Noul studiu susține că a realizat acest lucru pentru prima dată folosind cabluri standard de fibră optică. Rezultatele au fost publicate la 12 aprilie în revista Scientific Advances.
Ce înseamnă internet cuantic?
Internetul cuantic este o rețea de computere cuantice care, într-o bună zi, va trimite, calcula și primi informații codificate în stări cuantice. Internetul cuantic nu va înlocui internetul modern sau „clasic”; în schimb, va oferi noi funcționalități, cum ar fi criptografia cuantică și cloud computing-ul cuantic.
Deși implicațiile complete ale internetului cuantic nu vor fi cunoscute decât peste ceva timp, au fost teoretizate mai multe aplicații, iar unele, precum distribuția cuantică a cheilor, sunt deja utilizate.
La fel ca în cazul multor progrese științifice, nu vom înțelege tot ceea ce poate face internetul cuantic până când nu va fi complet dezvoltat.
În urmă cu 60 de ani, puțini își puteau imagina că o mână de computere interconectate vor da naștere într-o bună zi peisajului digital vast pe care îl cunoaștem astăzi.
Internetul cuantic prezintă o necunoscută similară, dar au fost teoretizate o serie de aplicații, iar unele au fost deja demonstrate.
„Internetul cuantic reprezintă o schimbare de paradigmă în ceea ce privește modul în care ne gândim la o comunicare globală sigură”, a declarat David Awschalom, profesor la Universitatea din Chicago.
„A fi capabili să creăm o rețea încurcată de computere cuantice ne-ar permite să trimitem mesaje criptate imposibil de piratat, să menținem tehnologia perfect sincronizată pe distanțe mari cu ajutorul ceasurilor cuantice și să rezolvăm probleme complexe cu care un singur computer cuantic s-ar putea lupta singur – și acestea sunt doar câteva dintre aplicațiile pe care le cunoaștem în acest moment”.
Viitorul ne va rezerva, probabil, descoperiri surprinzătoare și de impact cu ajutorul rețelelor cuantice.”
Internetul cuantic depinde de sursa de fotoni
În noul lor studiu, cercetătorii de la Imperial College London, Universitatea din Southampton și la Universitățile din Stuttgart și Würzburg din Germania au folosit o metodă nouă și potențial mult mai eficientă pentru a stoca și a recupera fotoni – unul dintre potențialii purtători ai informațiilor cuantice.
„Există două tipuri principale de surse cu un singur foton, un proces numit conversie de frecvență optică neliniară și cele bazate pe emițători unici”, a declarat Sarah Thomas, profesor de fizică la Imperial College din Londra, pentru Live Science.
„S-a demonstrat de mai multe ori înainte că putem stoca fotoni din optica neliniară într-o memorie cuantică, deoarece se poate proiecta sursa și memoria pentru a se potrivi. Noi am folosit un emițător unic special numit punct cuantic, care este un nanocristal semiconductor”.
Thomas a spus că utilizarea opticii neliniare este mai puțin fiabilă – o pereche de fotoni utilizabili nu este produsă de fiecare dată, în timp ce un punct cuantic cu emițător unic îi produce la o rată mai mare.
Următoarea provocare constă în faptul că eficiența interfeței dintre dispozitivele de memorie cuantică depinde de potrivirea atât a lungimii de undă, cât și a lățimii de bandă. Discrepanțele de aici fac ca stocarea și recuperarea să fie prea ineficiente, dar studiul a reușit în cele din urmă să acopere această diferență.
„Am reușit acest lucru folosind o memorie cuantică cu lățime de bandă mare și zgomot redus, fabricând sursa de fotoni la o lungime de undă foarte specifică pentru a se potrivi cu memoria noastră cuantică”, a declarat Thomas.
„De asemenea, am reușit să o facem la o lungime de undă în care pierderea în fibra optică este cea mai mică, ceea ce va fi esențial în viitor pentru construirea de rețele cuantice”.
Internetul cuantic, o revoluție tehnologică
O descoperire similară, realizată recent de experții de la Universitatea Stony Brook, arată că modelele de rețele cuantice sunt mai stabile la temperaturi extrem de scăzute, ceea ce limitează aplicațiile lor în lumea reală.
Noul studiu a obținut o conexiune stabilă la temperatura camerei, ceea ce o pune la îndemâna utilizării în lumea reală.
Studiul se bazează pe acest succes datorită lungimilor de undă aliniate între emițător și receptor.
„Studiul de la Stony Brook a folosit fotoni la 795 nm [nanometri] și a arătat interferența a doi fotoni după stocare și recuperare”, a declarat Mark Saffman, cercetător șef pentru informații cuantice la compania de produse cuantice Infleqtion.
„Studiul Imperial a folosit un foton la 1529 nm (care este lungimea de undă standard de telecomunicații) și l-a stocat și recuperat, dar nu a arătat interferențe. Stocarea și recuperarea lungimii de undă telecom este importantă pentru transmisia prin fibră optică cu pierderi reduse. Ambele studii avansează aspecte diferite ale ceea ce este necesar pentru o rețea cuantică.”
Michael Hasse, un expert în securitate cibernetică (unul dintre domeniile în care rețelele cuantice vor avea cel mai mare impact) a declarat pentru Live Science că studiul imperial descrie o metodă, în timp ce studiul anterior descrie un mecanism necesar pentru ca acea metodă să funcționeze.
„Lucrarea imperială se referă la un mijloc de stabilire a unei comunicări pe distanțe lungi folosind repetori”, a spus el. „Întrepătrunderea cuantică permite ca, în teorie, comunicațiile să fie la distanțe mari, dar, în realitate, este mai ușor atunci când sunt mai apropiate. Studiul de la Stony Brook se referă la stocarea informațiilor cuantice la temperatura camerei, ceea ce este necesar pentru implementarea rentabilă a repetoarelor.”