Znajdź zawartość

Zanim kwantowe systemy komunikacyjne i kryptograficzne staną się codziennością, naukowcy będą musieli pokonać wiele problemów. Jednym z nich jest stworzenie układów pamięci zdolnych do bezpiecznego przechowywania kwantowych informacji przenoszonych za pomocą światła. Badacze z Uniwersytetu w Genewie oraz francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) odkryli, że iterb może przechowywać i chronić kwantowe informacje nawet podczas pracy z dużą częstotliwością. To czyni ten materiał idealnym kandydatem do produkcji układów pamięci dla przyszłych długodystansowych sieci kwantowych. Obecnie istnieją sieci przekazujące informacje kwantowe na odległość setek kilometrów, jednak brak wzmacniaczy uniemożliwia budowę bardziej rozległych sieci kwantowych. Jako, że bardzo trudno jest skopiować i wzmocnić sygnał kwantowy, naukowcy szukają odpowiedniego materiału, który pozwoli na zbudowanie kwantowych układów pamięci zdolnych do przechwycenia i synchronizowania fotonów tak, by można było przekazywać je coraz dalej. Trudność polega na znalezieniu materiału zdolnego do odizolowania informacji kwantowej od zewnętrznych zakłóceń tak, byśmy mogli ją przez około sekundę przechować i zsynchronizować fotony, wyjaśnia Mikael Afzelius z Uniwersytetu w Genewie. Foton podróżuje z prędkością około 300 000 kilometrów na sekundę, więc poszukiwany materiał musi pracować z dużymi częstotliwościami. W laboratoriach istnieją już kwantowe układy pamięci. Niektóre z nich wykorzystują metale ziem rzadkich, takie jak europ czy prazeodym. Jednak układy te nie pracują wystarczająco szybko. Zwróciliśmy więc uwagę na iterb, który był dotychczas rzadko badany w tym kontekście, mówi profesor Nicolas Gisin. Okazało się, że po poddaniu działaniu dokładnie dobranych pól magnetycznych iterb wchodzi w stan, w którym zostaje odcięty od zewnętrznych zakłóceń, dzięki czemu może przechwycić fotony bez ryzyka ich utraty. Odnaleźliśmy ten „magiczny punkt” testując różne częstotliwości i kierunki pól magnetycznych. Gdy zostaje on osiągnięty czas koherencji atomów iterbu wydłuża się 1000-krotnie, a wszystko przy wysokiej częstotliwości pracy, wyjaśnia Alexey Tiranov. Teraz naukowcy pracują nad prototypowym iterbowym układem pamięci. « powrót do artykułu

Nieco ponad rok temu sensacją było splątanie - czyli teleportacja właściwości - dwóch atomów oddalonych od siebie na odległość metra i połączonych światłowodem. Teraz naukowcy z Joint Quantum Institute (JQI) oraz University of Maryland (UMD) dokonali tego samego, ale bez pośrednictwa światłowodu. Tym samym udowodnili, że możliwe jest bezprzewodowe przekazanie informacji kwantowej na odległość 1 metra. Naukowcy opracowali metodę, która w 90% przypadków umożliwia bezproblemowy przesył informacji. Twierdzą przy tym, iż odsetek ten można zwiększyć. Christopher Monroe z JQI mówi, że pozwala ona nie tylko stworzyć sieć kwantowych układów pamięci, ale, po skojarzeniu z technikami operacji na kwantowych bitach, umożliwi przeprowadzanie kwantowych obliczeń. To właśnie jego zespół dokonał przed kilkunastoma miesiącami przewodowego splątania. Uczeni wykorzystali, podobnie jak i wówczas, iterb. Jego jony zostały zamknięte w specjalnych pułapkach, a akademicy zidentyfikowali dwa odmienne stany energetyczne, które mogły służyć jako bity. Początkowo dwa jony ustawiono w pozycjach wyjściowych. Następnie jon A poddano działaniu mikrofali, które ustawiły go w jednym ze stanów energetycznych. W ten sposób zapisano w nim informację. Później oba jony zostały potraktowane pikosekundowymi impulsami światła laserowego. Trwały one tak krótko, że każdy jon wyemitował tylko jeden foton. Każdy z fotonów przybierał jeden z dwóch kolorów (czerwony lub niebieski), w zależności od stanu kwantowego bitu (qubitu). Fotony były wyłapywane przez soczewki, kierowane do różnych nitek światłowodu, którymi wędrowały do zwierciadła półprzezroczystego. Jest ono skonstruowane w ten sposób, że istnieje 50-procentowa szansa, iż foton przejdzie przez zwierciadło i 50-procentowa - że się od niego odbije. Po każdej ze stron zwierciadła umieszczono detektory, reagujące na fotony. Oba fotony, gdy docierają do zwierciadła, mogą dać cztery różne kombinacje (niebieski-niebieski, czerwony-czerwony, niebieski-czerwony i czerwony-niebieski). Istnieje jedna i tylko jedna kombinacja, która powoduje, że każdy z fotonów wpada do osobnego wykrywacza. W innych przypadkach jeden z fotonów się odbije, a drugi przejdzie przez lustro i oba trafią do tego samego wykrywacza. Sytuacja, w której fotony trafiają do osobnych detektorów, zdarza się rzadko, tak więc konieczne jest wysyłanie tysięcy fotonów w ciągu sekundy. Gdy jednak już trafią one do osobnych detektorów, jest to sygnał, iż pomiędzy jonami iterbu doszło do kwantowego splątania. Wówczas naukowcy mierzą stan jonu A. Sam akt pomiaru zmienia jego stan, ale, ponieważ A jest splątany z B, to zmianie ulega też stan jonu B. W zależności od tego, jaki stan przybrał A, naukowcy dokładnie wiedzą, jakie właściwości powinny mieć mikrofale, by udało się odczytać informację z jonu B. Informację, która została mu przekazana przez jon A. Jak podkreślają uczeni, w rzeczywistości informacja nigdzie nie wędruje. Ona po prostu podczas pomiaru znika z jonu A i pojawia się w jonie B. Szczególną zaletą naszej metody jest połączenie wyjątkowych właściwości fotonów i atomów. Fotony idealnie nadają się do szybkiego przekazywania informacji na duże odległości, a atomy są dobrym medium do długotrwałego przechowywania informacji w pamięci - mówi Monroe.

Amerykańskim naukowcom udało się splątać dwa bardzo oddalone od siebie atomy. Zespół profesora Christophera Monroe doprowadził do przekazania, czyli teleportacji, za pomocą światłowodu właściwości pomiędzy dwoma atomami iterbu, które dzieliła odległość 1 metra. Gdy mierzymy splątane obiekty zawsze zauważamy, że występuje pomiędzy nimi jakiś rodzaj korelacji – mówi Monroe. Atomy, które splątano, znajdowały się w jonowych pułapkach. Monroe twierdzi, że nawet po usunięciu łączącego je światłowodu pozostaną w stanie splątanym. Co więcej, można by jeden z nich przenieść (ostrożnie) na inną planetę, a one nadal będą splątane. Monroe nie jest pierwszym naukowcem, któremu udało się splątać atomy czy dokonać kwantowej teleportacji. Jednak jako pierwszy wykazał, że można do niej doprowadzić przy użyciu urządzeń wykorzystywanych we współczesnym przemyśle IT. Jego prace przybliżają więc moment powstania komputerów kwantowych, gdyż splątane atomy można wykorzystać jak najprostszy przełącznik logiczny.