Sukces tamtejszych inżynierów powinien przynieść praktyczne korzyści, ponieważ mówi się o możliwości zwiększenia szybkości komunikacji zachodzącej w sieciach kwantowych. Publikacja, w której znajdują się szczegóły na temat przeprowadzonych eksperymentów trafiła na łamy Nature. Jej autorzy postanowili wykorzystać możliwości płynące ze zjawiska splątania kwantowego, aby osiągnąć praktyczne korzyści.
Czytaj też: Technologia kwantowa ruszy z kopyta? Odkryli sposób na uwięzienie ekscytonów w materiałach 3D
Taki fenomen jest naprawdę fascynujący, ponieważ oznacza, że dwie powiązane ze sobą cząsteczki będą reagowały, jeśli jedna z nich zostanie poddana pomiarom – nawet w sytuacji, gdy dzielący je dystans wyniesie miliardy lat świetlnych. Zdając sobie sprawę z drzemiącego w tym potencjału fizycy badają splątanie kwantowe pod kątem użycia go na potrzeby komunikacji w świecie kwantowym.
I choć już wcześniej naukowcy osiągali w tej materii sukcesy, to problemem okazywała się czasochłonność procesu związanego z przygotowaniem kubitu (bitu kwantowego) czy transmisją danych. Wynikające z tego opóźnienia były dalekie od wizji idealnej komunikacji kwantowej, która mogłaby realnie przydać się ludzkości.
Splątanie kwantowe osiągnięte przez naukowców z Caltech wykorzystuje jony ziem rzadkich. Ogłoszony sukces powinien mieć przełożenie na prowadzenie niezawodnej komunikacji
Wyjściem z sytuacji, jak przekonują autorzy nowych badań, jest tzw. multipleksowanie splątanie. Takie podejście zakłada udział wielu kubitów na procesor lub węzeł, ponieważ jednoczesne ich przesyłanie sprawia, iż szybkość splątania może być dostosowana do liczby kubitów. Na potrzeby ostatnich badań członkowie zespołu badawczego stworzyli dwa węzły na bazie składnika związanego z metalami ziem rzadkich, znanym jako ortowandan itru.
Kryształ ten został ostrzelany wiązkami lasera, dzięki czemu atomy iterbu uwalniały splątane z nimi fotony. Wspomniane atomy iterbu pełniły funkcje kubitów, a każdy z nich wykazywał odmienne częstotliwości optyczne. W toku prowadzonych działań fotony z różnych kubitów w poszczególnych węzłach przemieszczały się do centralnej lokalizacji, by w pewnym momencie zostać wykryte. W czasie tej identyfikacji powstawał splątany stan między różnymi atomami iterbu.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja spotyka fizykę kwantową. Ten mariaż może zmienić wszystko
Identyfikując różnice w częstotliwościach fotonów w czasie rzeczywistym autorzy nowych badań byli w stanie uzyskać splątanie kwantowe, co zademonstrowali na układzie złożonym z 20 kubitów w każdym węźle. W przyszłości będą chcieli zwiększyć liczbę bitów kwantowych nawet dziesięciokrotnie. Jak przekonują, w długofalowej perspektywie takie podejście powinno zapewnić podstawę dla rozwoju wydajnych systemów komunikacji kwantowej opartych na jonach ziem rzadkich.