Suntem acum cu un pas mai aproape de un „internet cuantic” – o rețea interconectată de computere cuantice – după ce oamenii de știință au construit pentru prima dată o rețea de „amintiri cuantice” la temperatura camerei.
În experimentele lor, oamenii de știință au stocat și recuperat doi qubiți fotonici – qubiți formați din fotoni (sau particule de lumină) – la nivel cuantic, potrivit lucrării lor publicate pe 15 ianuarie în jurnalul Nature, Informații cuantice.
Descoperirea este semnificativă deoarece memoria cuantică este o tehnologie de bază care va fi un precursor al internetului cuantic – următoarea generație a World Wide Web.
Memoria cuantică este versiunea cuantică a memoriei binare de calcul. În timp ce datele în calculul clasic sunt codificate în stări binare de 1 sau 0, memoria cuantică stochează datele ca bit cuantic, sau qubit, care poate fi, de asemenea, o suprapunere de 1 și 0. Dacă este observată, suprapunerea se prăbușește și qubit-ul este la fel de util. ca un bit convențional.
Calculatoarele cuantice cu milioane de qubiți sunt de așteptat să fie mult mai puternice decât cele mai rapide supercalculatoare din ziua de azi – deoarece qubiții încurcați (legați intrinsec în spațiu și timp) pot face mult mai multe calcule simultan.
După cum sugerează și numele, internetul cuantic este o infrastructură de internet care se bazează pe legile mecanica cuantică pentru a transmite date între calculatoare cuantice. Dar avem nevoie de memorie cuantică pentru ca o rețea cuantică să funcționeze. Deoarece qubiții adoptă o suprapunere de 1 și 0, mai degrabă decât oricare dintre stările binare ca în calculul clasic, ei pot stoca și transmite mai multe informații cu o densitate mult mai mare decât rețelele convenționale.
„A face ca aceste flote de amintiri cuantice să lucreze împreună la nivel cuantic și într-o stare la temperatura camerei, este ceva esențial pentru orice internet cuantic la orice scară. Din câte știm, această performanță nu a fost demonstrată înainte și ne așteptăm să ne bazăm pe această cercetare”, a spus autorul principal. Eden Figueroaprofesor de fizică și astronomie la Universitatea Stony Brook, în a afirmație.
Construirea unei rețele pentru calculul cuantic
Rețele cuantice construit în ultimii ani au trebuit să fie răcite la zero absolut pentru a funcționa, ceea ce le limitează utilitatea. Dar oamenii de știință de la Universitatea Stony Brook au dezvoltat o metodă pentru a stoca doi fotoni separați și, cel mai important, pentru a recupera cu succes semnătura lor cuantică. Au realizat acest lucru la temperatura camerei prin stocarea fotonilor într-un gaz rubidiu.
Acest lucru îl face mai viabil decât experimentele anterioare în proiectarea și implementarea unui internet cuantic în viitor. Cu toate acestea, ei au putut stoca fotonii din acest experiment doar pentru o fracțiune de secundă, în timp ce stocarea qubiților la temperaturi criogenice înseamnă în mod normal că pot dura pentru mai bine de o oră.
„Punctul de vânzare real al acestui lucru a fost că au putut să preia doi fotoni stocați independent, să-i recupereze în același timp și să-i interfereze.” Daniel Oi, profesor de fizică cuantică la Universitatea din Strathclyde, a declarat pentru Live Science. „Aveți ceea ce se numește o scufundare HOM sau o scufundare Hong-Ou-Mandel, care este o semnătură cuantică caracteristică care indică faptul că acești doi fotoni au fost identici.”
Pe lângă faptul că sunt mai rapide, comunicațiile cuantice sunt în mod inerent sigure – în timp ce comunicațiile clasice pot fi interceptate sau manipulate. Acest lucru se datorează faptului că orice încercare de a intercepta și de a citi informații transmise prin rețeaua cuantică echivalează cu observarea – care ar prăbuși suprapunerea qubiților care se mișcă prin circuit.
Acesta este un domeniu activ de cercetare și o cursă este în curs de dezvoltare a tehnologiilor care ne vor ajuta să construim un internet cuantic. În 2022, cercetătorii din Elveția au stocat un singur foton folosind un metoda similara. În același an, China transmise folosind semnale legatura cuantica între două dispozitive de memorie situate la 12,5 kilometri unul de celălalt.
Următoarea etapă este dezvoltarea unei metode de detectare a momentului în care un semnal cuantic este gata de a fi recuperat, fără a distruge proprietățile semnalului prin observație directă. Realizarea acestui lucru ar deschide calea pentru repetoare cuantice, care sunt dispozitive care pot extinde raza de acțiune a unui semnal cuantic. Acesta ar fi un precursor cheie al unui internet cuantic la scară largă.
„Unul dintre sfântul Graal al amintirilor cuantice este „Cum detectezi că ai stocat de fapt un foton, fără a distruge proprietățile cuantice ale acelui foton, și o faci într-un mod eficient și de încredere?””, a spus Oi. .