Μια ομάδα επιστημόνων στην Κίνα έχει συνδέσει κβαντικές αναμνήσεις πάνω από 50 χιλιόμετρα καλωδίου οπτικών ινών, κερδίζοντας το προηγούμενο ρεκόρ περισσότερο από 40 φορές. Αυτό το κατόρθωμα είναι ένα σημαντικό βήμα προς ένα διαδικτυακό χώρο που προστατεύει την ασφάλεια, λένε οι επιστήμονες.
Το διαδίκτυο που χρησιμοποιούμε σήμερα ήταν πραγματικά μια επαναστατική εφεύρεση. Συνδέθηκε ο κόσμος με πληροφορίες και μας επέτρεψε να μοιραστούμε εκατομμύρια φωτογραφίες από χαριτωμένες και μαζεμένες γάτες. Αλλά το διαδίκτυο είναι επίσης γεμάτο με χάκερ που προσπαθούν να παρεμποδίσουν σημαντικές ή ευαίσθητες πληροφορίες. Για να πολεμήσουν, οι φυσικοί έχουν βρει μια λύση, με λίγη βοήθεια από τη γάτα του Schrödinger, τη γνωστή, υποθετική αιλουροειδής αιλουροειδής γάτα που αποσκοπούσε να εκθέσει την παράξενη φύση των υποατομικών σωματιδίων.
Αυτή η προτεινόμενη λύση είναι ένα νέο διαδίκτυο που κυβερνάται από τον παράξενο κόσμο της κβαντικής μηχανικής. Ένα τέτοιο Διαδίκτυο θα μπορούσε κάποια μέρα να γίνει το πρότυπο για την ασφαλή αποστολή, λήψη και αποθήκευση δεδομένων.
Στον κλασικό κόσμο υπολογιστών, οι πληροφορίες αντιπροσωπεύονται από δυαδικά ψηφία με τιμές 0 ή 1. Ένα κβαντικό διαδίκτυο, όπως ένας κβαντικός υπολογιστής, θα επωφεληθεί από μία από τις θεμελιώδεις ιδιότητες της κβαντομηχανικής, την αρχή της υπέρθεσης. Αυτή η αρχή περιγράφεται με τη χρήση του paradox φυσικού Erwin Schrödinger για μια γάτα σε ένα κουτί που είναι και οι δύο νεκροί και ζωντανός την ίδια στιγμή. Οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν κβαντικά δυαδικά ψηφία ή "qubits", τα οποία μπορούν να υπάρχουν σε κατάσταση υπερπλήρωσης, στην οποία έχουν ταυτόχρονα τιμή 1 και 0. Υπάρχει ένα qubit σε αυτή την κατάσταση αβεβαιότητας έως ότου μετρηθεί από έναν παρατηρητή, καταρρεύνοντας το qubit σε ορισμένη κατάσταση 0 ή 1.
Εάν συνδυάσετε δύο ή περισσότερα qubits μαζί, αυτά μπλοκάρουν. Η κβαντική εμπλοκή είναι η αιθέρια σύνδεση μεταξύ δύο ή περισσοτέρων σωματιδίων, έτσι ώστε οποιαδήποτε ενέργεια που εκτελείται σε ένα να επηρεάζει στιγμιαία τους άλλους, ανεξάρτητα από το πόσο απέχουν μεταξύ τους. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν αποκαλούσε το φαινόμενο αυτό "φρικτή δράση από απόσταση". Η πραγματική μαγεία ενός κβαντικού διαδικτύου θα ξεκινούσε όταν οι πληροφορίες στέλνονται με τα μπλεγμένα σωματίδια, που ονομάζονται επίσης κβαντικά τηλεμεταφορά.
"Η κβαντική τηλεμεταφορά είναι ένας τρόπος να μεταφέρουμε μια άγνωστη κβαντική κατάσταση από το ένα σωματίδιο στο άλλο σε μια μακρινή τοποθεσία χωρίς να στείλουμε το ίδιο το αρχικό σωματίδιο", δήλωσε ο Jian-Wei Pan, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας στην Hefei και συν-συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε σε συνέντευξή του στο National Science Review.
Επειδή τα μπλεγμένα τετράγωνα δεν συνδέονται σωματικά μεταξύ τους σε οποιαδήποτε μορφή ή μορφή, η παρακολούθηση των επικοινωνιών μεταξύ τους είναι αδύνατη.
Ο Pan και η ομάδα του έχουν ήδη καταδείξει την εμπλοκή των ελαφρών σωματιδίων, ή των φωτονίων, σε μεγάλες αποστάσεις μέσα από κενό χώρο. Το 2017, η ομάδα του μπλόκαρε δύο φωτόνια χωρισμένα σε απόσταση 1.200 χιλιομέτρων χρησιμοποιώντας ένα δορυφορικό αναμεταδότη που περιστρέφεται γύρω από τη Γη και ονομάστηκε Micius.
Στην πράξη, η εμπλοκή είναι μια φανταστική επιχείρηση. Οι ελάχιστες διαταραχές, όπως η αλλαγή της θερμοκρασίας ή των κραδασμών, μπορούν να σπάσουν τη σύνδεση μεταξύ των μπλεγμένων σωματιδίων, καταρρέοντάς τους την κοινή κατάσταση. Για να συνειδητοποιήσουμε ένα πραγματικό κβαντικό διαδίκτυο, οι φυσικοί θα πρέπει να προσελκύσουν τη βοήθεια των λεγόμενων κβαντικών αναμνήσεων.
"Η κβαντική μνήμη είναι μια συσκευή που αποθηκεύει τις κβαντικές πληροφορίες, χρειάζεται να αποθηκεύσει την υπέρθεση δύο κρατών," δήλωσε ο Xiao-Hui Bao, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας στο Hefei και συν-συγγραφέας της μελέτης. Ζωντανή επιστήμη.
Κβαντικές αναμνήσεις
Στη μελέτη, που δημοσιεύθηκε στις 12 Φεβρουαρίου στο περιοδικό Nature, ο Pan και οι συνεργάτες του κατάφεραν να εμπλέκουν κβαντικές αναμνήσεις σε 50 χλμ. Καλωδίων οπτικών ινών. Η προηγούμενη εγγραφή διαχωρισμού μεταξύ των αναμνήσεων ήταν 1,3χλμ.
Στο πείραμα της νέας μελέτης, η κβαντική μνήμη είναι ένα σύνολο ατόμων που έχουν κρυώσει με λέιζερ και έχουν παγιδευτεί σε κενό, δήλωσε ο Μπαό. Η ομάδα χρησιμοποίησε φωτόνια για να διαβάσει και να γράψει στο σύννεφο των 100 εκατομμυρίων παγιδευμένων ατόμων. Τα φωτόνια χρησιμοποιήθηκαν για να διεγείρουν τα άτομα σε κατάσταση υψηλότερης ενέργειας, θέτοντας τα qubits που οι ερευνητές επιθυμούσαν να μπλέκουν και παράγουν ένα εμπλεγμένο φωτόνιο που πρέπει να μεταφερθεί κάτω από το οπτικό καλώδιο. Οι ερευνητές χρειάστηκαν στη συνέχεια να αλλάξουν τη συχνότητα του φωτονίου, ώστε να μην χαθεί στο καλώδιο οπτικών ινών των 50 χλμ. Που είναι τυλιγμένο στο εργαστήριό τους. Τέλος, το φωτόνιο θα μπορούσε να αποσταλεί στο ταξίδι του μέσω του καλωδίου για να μπλεχτεί με επιτυχία η δεύτερη κβαντική μνήμη.
Αν και η κβαντική εμπλοκή μεταξύ των αναμνήσεων επιτεύχθηκε, η ομάδα δεν έχει ακόμη εκτελέσει κβαντική τηλεμεταφορά πληροφοριών μεταξύ των δύο κόμβων. Οι ερευνητές δήλωσαν ότι ελπίζουν ότι αυτή η εργασία θα ανοίξει το δρόμο για τη δημιουργία ενός δικτύου κβαντικών σταθμών αναμετάδοσης που θα επεκτείνει την εμπλοκή επικοινωνίας σε μεγαλύτερες αποστάσεις, οδηγώντας τελικά σε ένα κβαντικό δίκτυο μεγάλης κλίμακας.
