Kutatók elérték a tartós, nagy távolságú kvantum teleportációt, ami egy jelentős lépés a kvantum internet felé vezető úton

A számítástechnikát számtalan módon forradalmasító technológia, a kvantum internet felé irányuló törekvés jelentős áttörést ért el, miután e...

A számítástechnikát számtalan módon forradalmasító technológia, a kvantum internet felé irányuló törekvés jelentős áttörést ért el, miután egy elismert intézményekből álló konzorcium bejelentette, hogy tartós, nagy pontosságú kvantumteleportálást sikerült megvalósítaniuk jelentős távolságokra.

A Caltech vezetésével a Fermilab, az AT&T, a Harvard Egyetem, a NASA Sugárhajtómű Laboratóriuma és a Calgary Egyetem arról számolt be, hogy sikerült qubiteket, a kvantuminfomráció alapegységeit teleportálniuk egy 22 kilométeres szálon két teszthelyszínen, a Caltech és a Fermilab Kvantum Hálózatában. (1)

"A csapat az elmúlt években kitartóan dolgozott," - mondta Maria Spiropulu, a Caltech részecskefizikusa, aki az INQNET kutatási programot irányítja és az új cikk társszerzője. (2)

Bár az együttműködés tudatában volt annak, hogy 2020 tavaszáig "jelentős eredményeket értek el," tette hozzá Spiropulu, a teljes tanulmány e heti megjelenéséig tartózkodtak a hírek megosztásától, akár informális módon a közösségi médiában.

"Tovább akartuk vinni az ilyen típusú kutatást, és fontos lépéseket tettünk a kvantumkommunikáció és a hálózatok valós alkalmazásainak megvalósítása és az alapvető fizikai ötletek tesztelése érdekében," - mondta Panagiotis Spentzouris, a Fermilab Kvantumtudományi Programjának vezetője.

"Amikor végre megcsináltuk, a csapat emelkedett volt és nagyon büszke arra, hogy elértük ezeket a magas színvonalú, rekord eredményeket," - folytatta. "És nagyon izgatottak vagyunk, hogy áttérhetünk a következő szakaszra, felhasználva a know-how-t és az ebből származó technológiákat a kvantumhálózatok kiépítése felé."

A kutatók azt állítják, hogy kísérletükben olyan berendezéseket használtak, amelyek kompatibilisek mind a meglévő telekommunikációs infrastruktúrával, mind a feltörekvő kvantumtechnológiákkal. Az eredmények "reális alapot nyújtanak a gyakorlati eszközökkel ellátott, nagy hűségű kvantum Internet számára," - derül ki a PRX Quantum folyóiratban kedden közzétett tanulmányból. (3)

A kvantumteleportálás nem jár tényleges anyagátadással. Inkább a kvantumrészecskék összefonódnak (egymástól függenek még nagy távolságokon is), és valahogy ismerik másik felük tulajdonságait.

Bizonyos értelemben az összefonódott részecskék úgy viselkednek, mintha tisztában lennének a másik részecske viselkedésével. A kvantumrészecskék bármely ponton a valószínűség kvantumállapotában vannak, ahol a részecske helyzetét, lendületét és spinjét addig nem határozzák meg pontosan, amíg nem történik valamilyen mérés.

Az összefonódott részecskék esetében mindegyik kvantum állapota a másik kvantum állapotától függ; ha az egyik részecskét megmérik, és például megváltozik az állapota, akkor a másik részecske állapota is ennek megfelelően változik.

A tanulmány célja a kvantum qubitek vagy "kvantumbitek" állapotának teleportálása volt, amelyek a kvantumszámítás alapegységei. A tanulmány szerint a kutatók alapvetően egy kompakt hálózatot hoztak létre három csomóponttal.

Az áttörés több okból is figyelemre méltó. A kvantumteleportálás számos korábbi demonstrációja instabilnak bizonyult nagy távolságokon. Például 2016-ban a Calgary Egyetem kutatói képesek voltak kvantumteleportálást végezni hat kilométeres távolságban. Ez akkoriban világrekord volt, és jelentős eredménynek tekintették.

A végső cél olyan kvantumhálózatok létrehozása, amelyek az összefonódást és a szuperpozíciót felhasználva jelentősen növelnék a számítási sebességet, teljesítményt és biztonságot a klasszikus számítógépekhez képest. Például az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának ambiciózus terve van egy kvantumhálózat kiépítésére a Nemzeti Laboratóriumok között. (4)

Bármely területet, amely számítógépekre támaszkodik, befolyásolná ennek a technológiának a megvalósítása, bár a kvantumhálózatok jövőbeli potenciáljának nagy része a rejtjelezés, a keresési algoritmusok, a pénzügyi szolgáltatások és a kvantumszimulációk körül forog, amelyek komplex jelenségeket modellezhetnek.

A kvantumszámítás már évek óta a láthatáron van, és ez a tanulmány egy lépéssel közelebb visz minket a gyakorlati megvalósításhoz. De arra azért egyelőre ne számítson senki, hogy hamarosan egy kvantum interneten szörfözhet.

Most, hogy a Fermilab, a Caltech és partnerei demonstrálták ezt a kulcsfontosságú lépést e hálózatok felé, a csapat azt tervezi, hogy tovább fejleszti a kvantuminformációs technológiát egy nagyvárosi szintű hálózat, az Illinois Express Quantum Network kiépítésével Chicago körül. (5)

"Számos fronton kell előre lépnünk," - mondta Spentzouris, "mind a kvantumkommunikációs és hálózati technológiák alkalmazásában, mind a rendszerek fejlesztésének előmozdításában. Már most keményen dolgozunk a kvantumhálózatok architektúrájának, folyamatainak és protokolljainak fejlesztésén, valamint bizonyos mérőszámok optimalizálásán, beleértve a kommunikáció sebességét és a hatótávolságot is." (6)

(1) - https://news.fnal.gov/2020/12/fermilab
(2) - https://inqnet.caltech.edu/Press-PRXQ
(3) - https://journals.aps.org/prxquantum/ab
(4) - https://www.energy.gov/sites/prod/files
(5) - https://ieqnet.fnal.gov/
(6) - https://www.vice.com/en/article/93wq