Novi gradivni blok za kvantni internet

Kvantne mreže su ključna tehnologija za bezbednu komunikaciju i digitalni suverenitet Evrope. Istraživači iz Instituta za tehnologiju u Karlsrueu, u saradnji sa evropskim partnerima, postavljaju važan temelj za kvantne mreže povezujući superprovodni kvantni kompjuter sa kvantnom memorijom baziranom na spinu. Njihov rad je bitan korak napred za kvantne tehnologije visokih performansi.

Razvoj kvantnih tehnologija je uveliko napredovao u poslednjim decenijama. Istraživanje se posebno fokusira na kvantne računare, a stručnjaci očekuju napredak u farmaceutskom razvoju, nauci o materijalima i kriptografiji.

Preporučujemo

Međutim, kvantni računari mogu dostići svoj puni potencijal tek kada se mogu povezati sa drugim kvantnim komponentama. „Danas mnogi kvantni sistemi rade nezavisno jedan od drugog. Razvijamo tehnologiju koja će omogućiti pouzdanu vezu između kvantnog računara i kvantne memorije. To je prvi korak ka budućnosti kad ćemo povezivati kvantne računare, implementirati distribuirano kvantno računarstvo i graditi kvantni internet“, kažu istraživači.

Povezivanje dva kvantna sistema znači da moraju razmenjivati informacije u obliku kubita, osnovnih jedinica informacija u svakom kvantnom sistemu. Radi prenosa podataka, kubiti se pretvaraju u fotone (osnovne jedinice svetlosti), „leteće kubite“ koji se mogu vrlo brzo i gotovo bez gubitka širiti kroz optička vlakna.

Za prenos kvantnih stanja na velike udaljenosti, istraživači koriste fenomen kvantnog sprezanja, kad su dve čestice dovode u zajedničko stanje i ponašaju kao jedan sistem. Promena u jednoj od čestica direktno utiče na drugu, bez obzira na njihovu distancu. Rezultat je veza koja omogućava pouzdan prenos kvantnih stanja sa jednog sistema na drugi.

Stvarna implementacija predstavlja tehnički izazov jer se dva kvantna sistema zasnivaju na različitim fizičkim principima i rade na različitim frekvencijama. Pošto superprovodni kubiti rade u mikrotalasnom opsegu, dok kvantna memorija na dijamantskoj bazi skladišti informacije u spinskim stanjima i označena je putem svetlosti iz vidljivom spektru, naučnici razvijaju specijalne kvantne transduktore, koji pretvaraju krhka kvantna stanja u individualne fotone čije talasne dužine su zatim podešene tako da se mogu prenositi i kroz optička vlakna na velikim distancama.

Istraživači razvijaju kvantnu memoriju napravljenu od specijalnih dijamantskih defekata koji kombinuju izuzetna optička i spinska svojstva. Memorija će biti kompatibilna sa jednim od dva transduktora tako da se konvertovani fotoni mogu efikasno skladištiti i uzeti kad je potrebno.

„Cilj našeg projekta je da povežemo ove potpuno različite fizičke sisteme i stvorimo spregu između superprovodnog kubita i kvantne memorije na bazi spina. To bi bio ne samo veliki tehnički napredak, već i važan korak ka modularnim i skalabilnim kvantnim tehnologijama“, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/Karlsruhe Institute of Technology)