W ramach nowego przełomu naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze we współpracy z Uniwersytetem Ruhr w Bochum rozwiązali problem, który od lat przyprawiał badaczy kwantowych o ból głowy. Naukowcy mogą teraz kontrolować dwa kwantowe źródła światła zamiast jednego. Choć może się to wydawać trywialne dla osób niewtajemniczonych w zagadnienia kwantowe, ten kolosalny przełom pozwala naukowcom stworzyć zjawisko znane jako kwantowo-mechaniczne splątanie. To z kolei otwiera nowe drzwi dla firm i innych osób do komercyjnego wykorzystania tej technologii.
Przejście od jednego do dwóch to w większości kontekstów niewielki wyczyn. Ale w świecie fizyki kwantowej robienie tego ma kluczowe znaczenie. Przez lata naukowcy z całego świata dążyli do opracowania stabilnych kwantowych źródeł światła i osiągnięcia zjawiska znanego jako kwantowo-mechaniczne splątanie — zjawiska o właściwościach zbliżonych do science fiction, w którym dwa źródła światła mogą oddziaływać na siebie natychmiast i potencjalnie na odległość. duże odległości geograficzne. Splątanie jest podstawą sieci kwantowych i ma kluczowe znaczenie dla rozwoju wydajnego komputera kwantowego.
Dziś naukowcy z Instytutu Nielsa Bohra opublikowali nowy wynik w czasopiśmie Science, w którym udało im się to osiągnąć. Według profesora Petera Lodahla, jednego z badaczy odpowiedzialnych za wyniki, jest to kluczowy krok w wysiłkach zmierzających do wyniesienia rozwoju technologii kwantowej na wyższy poziom i „kwantyzacji” komputerów, szyfrowania i Internetu w społeczeństwie.
„Możemy teraz kontrolować dwa kwantowe źródła światła i łączyć je ze sobą. Może to nie wydawać się dużo, ale jest to duży postęp i opiera się na ostatnich 20 latach pracy. W ten sposób ujawniliśmy klucz do skalowania rozwijać technologię, która ma kluczowe znaczenie dla najbardziej przełomowych zastosowań sprzętu kwantowego”, mówi profesor Peter Lodahl, który prowadzi badania w tej dziedzinie od 2001 roku.
Cała magia dzieje się w tak zwanym nanochipie – który jest niewiele większy od średnicy ludzkiego włosa – który naukowcy opracowali również w ostatnich latach.
Źródła kwantowe wyprzedzają najpotężniejszy komputer świata
Grupa Petera Lodahla pracuje nad rodzajem technologii kwantowej, która wykorzystuje cząsteczki światła, zwane fotonami, jako mikrotransportery do przenoszenia informacji kwantowych.
Chociaż grupa Lodahla jest liderem w tej dyscyplinie fizyki kwantowej, do tej pory była w stanie kontrolować tylko jedno źródło światła na raz. Dzieje się tak dlatego, że źródła światła są niezwykle wrażliwe na „szum” z zewnątrz, co czyni je bardzo trudnymi do skopiowania. W swoim nowym wyniku grupie badawczej udało się stworzyć dwa identyczne kwantowe źródła światła, a nie tylko jedno.
„Splątanie oznacza, że kontrolując jedno źródło światła, natychmiast wpływasz na drugie. Umożliwia to stworzenie całej sieci splątanych kwantowych źródeł światła, z których wszystkie oddziałują na siebie i które można zmusić do wykonywania kwantowych operacji bitowych w w taki sam sposób, jak bity w zwykłym komputerze, tylko o wiele mocniej”, wyjaśnia postdoc Alexey Tiranov, główny autor artykułu.
Dzieje się tak dlatego, że bit kwantowy może być jednocześnie 1 i 0, co skutkuje mocą obliczeniową nieosiągalną przy użyciu dzisiejszej technologii komputerowej. Według profesora Lodahla zaledwie 100 fotonów emitowanych z jednego kwantowego źródła światła będzie zawierało więcej informacji, niż może przetworzyć największy na świecie superkomputer.
Wykorzystując 20-30 splątanych kwantowych źródeł światła, istnieje możliwość zbudowania uniwersalnego komputera kwantowego z korekcją błędów – ostatecznego „świętego Graala” technologii kwantowej, w który duże firmy informatyczne pompują obecnie wiele miliardów.
Inne podmioty będą opierać się na badaniach
Według Lodahla największym wyzwaniem było przejście od kontrolowania jednego do dwóch kwantowych źródeł światła. Między innymi zmusiło to naukowców do opracowania wyjątkowo cichych nanochipów i precyzyjnej kontroli nad każdym źródłem światła.
Dzięki nowemu przełomowi w badaniach podstawowe badania fizyki kwantowej są już na miejscu. Teraz nadszedł czas, aby inne podmioty przejęły pracę naukowców i wykorzystały ją w swoich dążeniach do zastosowania fizyki kwantowej w szeregu technologii, w tym w komputerach, Internecie i szyfrowaniu.
„Zbudowanie konfiguracji, w której kontrolujemy 15-20 kwantowych źródeł światła, jest zbyt drogie dla uniwersytetu. Teraz, gdy przyczyniliśmy się do zrozumienia fundamentalnej fizyki kwantowej i zrobiliśmy pierwszy krok na tej drodze, dalsze skalowanie jest bardzo ważne. zadanie technologiczne”, mówi profesor Lodahl.
Badania przeprowadzono w „Centrum doskonałości hybrydowych sieci kwantowych (Hy-Q)” Duńskiej Narodowej Fundacji Badawczej i jest to współpraca między Uniwersytetem Ruhr w Bochum w Niemczech i Instytutem Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze.