Kiinalainen tutkijaryhmä on yhdistänyt kvanttimuistit yli 30 mailin (50 km) kuitukaapelilla, lyöden edellisen ennätysarvon yli 40 kertaa. Tämä saavutus on tärkeä askel kohti hakkeroitavaa Internetiä, tutkijat sanoivat.
Internet, jota tänään käytämme, oli todella vallankumouksellinen keksintö. Se yhdisti maailman tietoon ja antoi meille mahdollisuuden jakaa miljoonia kuvia söpöistä ja pehmoisista kissoista. Mutta Internet on myös täynnä hakkereita, jotka yrittävät siepata tärkeätä tai arkaluontoista tietoa. Taistellakseen takaisin fyysikot ovat keksineet ratkaisun Schrödingerin kissan pienellä avulla, kuuluisalla, hypoteettisella kuolleella ja elossa olevalla kissalla, jonka tarkoituksena oli paljastaa subatomisten hiukkasten outo luonne.
Ehdotettu ratkaisu on uusi internet, jota kvanttimekaniikan omituinen maailma hallitsee. Tällaisesta Internetistä voisi joskus tulla standardi tietojen turvalliselle lähettämiselle, vastaanottamiselle ja tallentamiselle.
Klassisessa laskentamaailmassa tietoa edustavat bitit, joiden arvo on joko 0 tai 1. Kvantti-Internet, kuten kvanttitietokone, hyötyisi yhdestä kvantimekaniikan perusominaisuuksista, superpositioperiaatteesta. Tätä periaatetta kuvataan kuuluisasti käyttämällä fyysikko Erwin Schrödingerin paradoksia, jonka mukaan kissa ruudussa on sekä kuollut että elossa samanaikaisesti. Kvantitietokoneet käyttävät kvanttibittejä tai "kvittejä", jotka voivat esiintyä superpositiotilassa, jossa niiden arvo on sekä 1 että 0 samanaikaisesti. Qubitti on tässä epävarmuuden tilassa, kunnes tarkkailija on mitannut sen, ja purkaa qubitin tarkkaan tilaan 0 tai 1.
Jos pariliität kaksi tai useampia kappaleita yhdessä, ne takertuvat. Kvanttinen takertuminen on kahden tai useamman hiukkasen välinen eetteriliitäntä siten, että kaikki yhdelle suoritetut toimet vaikuttavat hetkessä toisiin, riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan ne ovat. Albert Einstein kutsui tätä ilmiötä tunnetusti "kauhistuttavaksi toiminnaksi etäältä". Kvantti-Internetin todellinen magia alkaisi, kun tieto lähetetään takertuneilla hiukkasilla, joita kutsutaan myös kvantti-teleportaatioksi.
"Kvanttiteleportiointi on tapa siirtää tuntematon kvantitila hiukkaselta toiselle kaukaisessa paikassa lähettämättä itse alkuperäistä hiukkasta", Jian-Wei Pan, fysiikan professori Kiinan tiede- ja tekniikkayliopistossa Hefeissä. ja tutkimuksen yhteiskirjailija, sanoi National Science Review -haastattelussa.
Koska takertuneita kvittejä ei ole fyysisesti kytketty toisiinsa missään muodossa, niiden välisen viestinnän sieppaaminen on mahdotonta.
Pan ja hänen tiiminsä ovat jo osoittaneet valohiukkasten tai fotonien takertuvan pitkin matkaa tyhjän tilan läpi. Vuonna 2017 hänen tiiminsä takertui kaksi fotonia, jotka erotettiin 746 mailia (1 200 km) käyttämällä maapallon kiertävää satelliittirelettä, nimeltään Micius.
Käytännössä takertuminen on hankala liiketoiminta. Pienimmät häiriöt, kuten lämpötilan tai värähtelyn muutokset, voivat katkaista takertuvien hiukkasten välisen yhteyden ja romahtaa niiden jaetun tilan. Todellisen kvantti-internetin toteuttamiseksi fyysikkojen on otettava käyttöön ns. Kvantti-muistojen apu.
"Kvanttimuisti on laite, joka tallentaa kvantitietoa. Sen on tallennettava kahden valtion superpositiivi", kertoi Xiao-Hui Bao, Kiinan tiede- ja tekniikkayliopiston fysiikan professori Hefeissä ja tutkimuksen kirjoittaja. Elävä tiede.
Kvanttimuistot
Nature-lehdessä 12. helmikuuta julkaistussa tutkimuksessa Pan ja hänen kollegansa onnistuivat takertumaan kvantimuistiin 50 km: n kuitukaapelin yli. Aikaisempi muistojen välinen etäisyys oli 1,3 km.
Uuden tutkimuksen kokeessa kvanttimuisti on laserjäähdytteisten rubidiumatomien kokonaisuus, joka on jäänyt tyhjiöön, Bao sanoi. Ryhmä käytti fotoneja lukeakseen ja kirjoittaakseen 100 miljoonan loukkuun jääneen atomin pilveen. Fotoneja käytettiin molempien virittämiseen atomien korkeamman energian tilaan asettamalla kvbitit, joiden tutkijat halusivat takertua, ja tuottamaan takertuneen fotonin, joka lähetetään alas optiseen kaapeliin. Tutkijoiden piti sitten muuttaa fotonin taajuutta, jotta se ei hukkaan laboratoriossaan käämittyä 50 km kuitukaapelia. Lopuksi fotoni voitaisiin lähettää matkallaan kaapelin läpi toisen kvanttimuistin onnistuneen takerttamiseksi.
Vaikka kvanttinen takertuminen muistojen välillä on saatu aikaan, ryhmän on vielä suoritettava tiedon kvanttiteleportointi kahden solmun välillä. Tutkijat sanoivat toivovansa tämän työn valmistavan tietä kvanttireleasemien verkoston luomiseksi, joka laajentaisi takertuneen viestinnän pidemmälle etäisyydelle, johtaen lopulta kohti laajamittaista kvanttiverkkoa.
