Inżynierowie z California Institute of Technology wykazali, że atomy we wnękach wnęk optycznych mogą stać się jedną z głównych technologii funkcjonowania Internetu kwantowego. Naukowcy opublikowali swoją pracę w czasopiśmie Nature.
Sieci kwantowe będą łączyć komputery kwantowe za pomocą specjalnego systemu, który zapewni połączenie między nimi. Teoretycznie komputery kwantowe pewnego dnia będą w stanie wykonywać pewne funkcje szybciej niż klasyczne systemy obliczeniowe, wykorzystując właściwości mechaniki kwantowej, takie jak superpozycja stanów, która pozwala bitom kwantowym mieć jednocześnie zero i jeden.
Podobnie jak w przypadku klasycznych komputerów, naukowcy chcieliby połączyć wiele komputerów kwantowych w celu wymiany danych i współpracy - aby stworzyć rodzaj „kwantowego internetu”. Otworzyłoby to drzwi do różnorodnych zastosowań, w tym rozproszonego przetwarzania kwantowego i szyfrowanej komunikacji. Jednak taka sieć musi mieć możliwość przesyłania informacji między dwoma urządzeniami bez zmiany właściwości kwantowych przesyłanych informacji.
Obecny model działa w następujący sposób: jeden atom lub jon działa jak kubit i przechowuje informacje o jego właściwościach kwantowych, takich jak spin. Aby odczytać tę informację i przenieść ją w inne miejsce, atom musi zostać wzbudzony impulsem światła, powodując, że wyemituje foton, którego spin jest splątany ze spinem atomu i jest mu równy. Foton może następnie przesyłać informacje związane z atomem na duże odległości kablem światłowodowym. Ale zrobienie tego jest trudniejsze niż się wydaje. Większość atomów jest wrażliwa na wahania pól magnetycznych i elektrycznych, co prowadzi do błędów w działaniu urządzeń na nich opartych.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Caltech zbudowali rezonator nanofotoniczny - pręt o długości około 10 mikronów ze specjalnym wzorem wytrawionym na powierzchni, wykonany z kryształu ortowanadanu itru. Następnie naukowcy umieścili w środku jon metalu ziem rzadkich, iterbu Yb 3+. Kiedy promieniowanie jest przepuszczane przez taki rezonator, przechodzi kilkakrotnie wzdłuż pręta i ostatecznie, tracąc wystarczającą ilość energii, jest pochłaniane przez jon iterbu. Autorzy wykazali również, że wnęki w materiale zmieniają środowisko jonu, dzięki czemu emitowany foton może przebywać w materiale nawet przez 99% czasu, a naukowcy w międzyczasie mogą mierzyć jego właściwości.
Ponadto jony iterbu są w stanie przechowywać informacje na plecach przez 30 milisekund. To wystarczy, aby przekazać informacje przez kontynentalne Stany Zjednoczone. Zespół obecnie koncentruje się na tworzeniu elementów składowych sieci kwantowej. Następnie mają nadzieję na rozszerzenie swoich eksperymentów i połączenie dwóch odległych od siebie bitów kwantowych.
Autor: Nikita Shevtsev