Komputery kwantowe oferują potężne usprawnienia w stosunku do standardowych maszyn, ale aby w pełni wykorzystać ich możliwości, konieczne jest stworzenie sieci kwantowej lub kwantowego internetu. Naukowcy od lat zmagają się z praktycznymi trudnościami budowy takich sieci, które muszą przesyłać informacje kwantowe na duże odległości.
Czytaj też: Komputery kwantowe w rekordowo małej skali. Naukowcy wykonali kluczowy krok w tym kierunku
Teraz naukowcy z University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering (PME) zaproponowali nowe podejście – budowę długich kanałów kwantowych przy użyciu próżniowo uszczelnionych rur z szeregiem rozstawionych soczewek. Miałyby one zasięg tysięcy kilometrów i pojemność 10 bilionów kubitów na sekundę, co jest lepsze niż jakiekolwiek istniejące podejście do komunikacji kwantowej. Fotony światła kodujące dane kwantowe przemieszczałyby się przez lampy próżniowe i pozostawałyby skupione dzięki soczewkom, co szczegółowo opisano w czasopiśmie Physical Review Letters.
Sieć kwantowa coraz bliżej – jest pomysł, jak ją zbudować
Pewnie to już wiecie, ale podczas gdy klasyczne komputery kodują dane w konwencjonalnych bitach – reprezentowanych jako 0 lub 1 – komputery kwantowe bazują na kubitach, które cechują dwa niezwykłe zjawiska kwantowe. Chodzi o superpozycję – rodzaj niejednoznacznej kombinacji stanów – oraz splątanie, które pozwala na interakcję dwóch obiektów kwantowych na duże odległości.
Czytaj też: To mogą być komputery kwantowe kolejnej generacji. Brakowało tylko tego jednego materiału
Łącząc ze sobą kilka komputerów kwantowych, jesteśmy w stanie uzyskać spektakularne zdolności obliczeniowe. Jednak istniejące sieci nie są do tego wystarczająco dobre, ponieważ nie są w stanie poradzić sobie z właściwościami kwantowymi kubitów.
Uczeni testowali sposoby wykorzystania światłowodów i satelitów do przesyłania fotonów, które mogą działać jak kubity. Cząstki światła są w stanie pokonać krótkie odległości przez istniejące światłowody, ale generalnie szybko tracą informacje. Fotony odbijane do satelitów i z powrotem na ziemię w nowej lokalizacji są pochłaniane w mniejszym stopniu z powodu próżni kosmicznej, ale ich transmisja jest ograniczona przez absorpcję atmosferyczną i dostępność satelitów.
Naukowcy pracujący w Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) w Caltech zbudowali ogromne naziemne lampy próżniowe, aby pomieścić poruszające się fotony, które mogą wykrywać fale grawitacyjne. Eksperymenty w LIGO wykazały, że w próżni niemal pozbawionej cząsteczek fotony mogą podróżować na tysiące km.
Zespół prof. Liang Jiang zaczął zastanawiać się, w jaki sposób mniejsze lampy próżniowe mogłyby być używane do transportu fotonów między komputerami kwantowymi. Teoretycznie wykazano, że odpowiednio zaprojektowane lampy mogą transportować kubity przez cały kraj. Co więcej, potrzebowałyby tylko średniej próżni(ciśnienie 10-4 atmosfer), którą znacznie łatwiej utrzymać niż ultrawysoką próżnię (ciśnienie 10-11 atmosfer) wymaganą przez LIGO.
Jedyny problem jest taki, że gdy foton porusza się w próżni, nieznacznie się rozprasza. Aby temu zarazić, naukowcy proponują umieścić soczewki co kilka kilometrów, które będą skupiać wiązkę. Uczeni mają w planach przetestować praktyczność tego pomysłu, a następnie użyć większych lamp próżniowych (jak te w LIGO).
Uważamy, że tego rodzaju sieć jest wykonalna i ma duży potencjał. Można by jej używać nie tylko do bezpiecznej komunikacji, ale także do budowy rozproszonych sieci kwantowych, rozproszonych technologii wykrywania kwantowego, nowych rodzajów teleskopów i zsynchronizowanych zegarów. Prof. Liang Jiang
