Inžinieri Kalifornského technologického inštitútu preukázali, že atómy v dutinách optických dutín sa môžu stať jednou z hlavných technológií fungovania kvantového internetu. Vedci publikovali svoju prácu v časopise Nature.
Kvantové siete budú spájať kvantové počítače prostredníctvom špeciálneho systému, ktorý zabezpečí spojenie medzi nimi. Kvantové počítače budú teoreticky schopné jedného dňa vykonávať určité funkcie rýchlejšie ako klasické počítačové systémy, pričom budú využívať vlastnosti kvantovej mechaniky, napríklad superpozíciu stavov, ktorá umožňuje, aby kvantové bity boli nulové aj jedno súčasne.
Podobne ako v prípade klasických počítačov, aj vedci by chceli prepojiť viacero kvantových počítačov, aby si mohli vymieňať údaje a spolupracovať - aby vytvorili určitý druh „kvantového internetu“. Tým by sa otvorili dvere mnohým aplikáciám vrátane distribuovanej kvantovej výpočtovej techniky a šifrovanej komunikácie. Takáto sieť však musí byť schopná prenášať informácie medzi dvoma zariadeniami bez zmeny kvantových vlastností prenášaných informácií.
Aktuálny model funguje takto: Jeden atóm alebo ión sa chová ako qubit a ukladá informácie o svojich kvantových vlastnostiach, ako napríklad spin. Aby sa táto informácia mohla prečítať a preniesť na iné miesto, musí byť excitovaný pulzom svetla, ktorý spôsobí, že vyžaruje fotón, ktorého spin je zamotaný do spinu atómu a je s ním rovnaký. Fotón potom môže prenášať informácie spojené s atómom na veľkú vzdialenosť cez kábel optického vlákna. Ale robiť to je ťažšie, ako to znie. Väčšina atómov je citlivá na kolísanie magnetického a elektrického poľa, čo vedie k chybám pri prevádzke zariadení založených na nich.
Na prekonanie tohto problému vedci z Caltechu postavili nanofotonický rezonátor - tyč dlhú asi 10 mikrónov so špeciálnym vzorom vyleptaným na jej povrchu, vyrobenú z kryštálu ortrovanadičnanu ytria. Potom vedci do stredu umiestnili ión kovu ytterbium Yb 3+ z kovu vzácnych zemín. Ak je žiarenie prenášané takýmto rezonátorom, prechádza niekoľkokrát pozdĺž tyče a nakoniec, keď stratil dostatok energie, je absorbovaný iónom ytterbium. Autori tiež ukázali, že dutiny v materiáli menia prostredie iónu, vďaka ktorému môže emitovaný fotón zostať v materiáli až do 99% času, a medzitým vedci môžu merať jeho vlastnosti.
Okrem toho sú ytterbiové ióny schopné uchovávať informácie v chrbte po dobu 30 milisekúnd. To je dostatočné na prenos informácií naprieč kontinentálnymi Spojenými štátmi. Tím sa v súčasnosti zameriava na vytváranie stavebných blokov kvantovej siete. Potom dúfajú, že rozšíria svoje experimenty a spoja tieto dva kvantové kúsky ďaleko od seba.
Autor: Nikita Shevtsev