Et team av forskere i Kina har koblet kvantumminner over mer enn 50 kilometer fiberoptisk kabel, og slått den forrige rekorden mer enn 40 ganger. Denne bragden er et viktig skritt mot et hack-bevis internett, sa forskere.
Internett vi bruker i dag var virkelig en revolusjonerende oppfinnelse. Det koblet verden med informasjon og tillot oss å dele millioner av bilder av søte og kosete katter. Men internett er også fylt av hackere som prøver å avskjære viktig eller sensitiv informasjon. For å slå tilbake, har fysikere kommet frem til en løsning, med litt hjelp fra Schrödingers katt, den berømte, hypotetiske død-og-levende kattedyr som var ment å avsløre subatomære partiklers rare natur.
Den foreslåtte løsningen er et nytt internett styrt av den bisarre verdenen av kvantemekanikk. Et slikt internett kan en dag bli standarden for sikker sending, mottak og lagring av data.
I den klassiske databehandlingsverdenen er informasjon representert av biter med verdier på enten 0 eller 1. Et kvanteinternett, som en kvantedatamaskin, ville dra nytte av en av de grunnleggende egenskapene til kvantemekanikk, superposisjonsprinsippet. Dette prinsippet er kjent beskrevet ved å bruke fysiker Erwin Schrödingers paradoks om at en katt i en boks er både død og levende på samme tid. Kvantedatamaskiner bruker kvantebiter, eller "qubits", som kan eksistere i en superposisjonstilstand der de har en verdi på både 1 og 0 samtidig. En qubit eksisterer i denne usikkerhetstilstanden til den måles av en observatør, og kollapser qubitten til en bestemt tilstand på 0 eller 1.
Hvis du kobler to eller flere qubits sammen, blir de viklet inn. Kvanteforvikling er den eteriske forbindelsen mellom to eller flere partikler slik at enhver handling som utføres på en øyeblikkelig påvirker de andre, uavhengig av hvor langt fra hverandre de er. Albert Einstein kalte kjent dette fenomenet "nifs handling på avstand." Den virkelige magien til et kvanteinternett ville begynne når informasjon blir sendt ved hjelp av sammenfiltrede partikler, også kalt kvanteteleportering.
"Kvanteteleportering er en måte å overføre en ukjent kvantetilstand fra en partikkel til en annen på et fjernt sted, uten å sende den opprinnelige partikkelen i seg selv," sier Jian-Wei Pan, professor i fysikk ved University of Science and Technology of China i Hefei og medforfatter av studien, sa i et intervju med National Science Review.
Fordi sammenfiltrede qubits ikke er fysisk knyttet sammen i noen form eller form, er det umulig å avskjære kommunikasjonen mellom dem.
Pan og teamet hans har allerede demonstrert sammenfiltring av lyspartikler, eller fotoner, over lange avstander gjennom tomt rom. I 2017 viklet teamet hans to fotoner atskilt med 1.246 km (1200 km) ved hjelp av et jordomkretsende satellittrelé med navnet Micius.
I praksis er forviklinger en pirkete virksomhet. De minste forstyrrelser, for eksempel en endring av temperatur eller vibrasjon, kan bryte forbindelsen mellom sammenfiltrede partikler og kollapse deres delte tilstand. For å realisere et ekte kvanteinternett, må fysikere få hjelp av såkalte kvanteminner.
"Kvantumminne er en enhet som lagrer kvanteinformasjon. Trenger å lagre superposisjonen til to stater," fortalte Xiao-Hui Bao, professor i fysikk ved University of Science and Technology of China i Hefei og medforfatter av studien. Levende vitenskap.
Kvante minner
I studien som ble publisert 12. februar i tidsskriftet Nature, lyktes Pan og hans kolleger å forfiltrere kvanteminner over 50 km fiberoptisk kabel. Den forrige rekorden for skillet mellom minnene var 1,3 kilometer.
I den nye studiens eksperiment er kvanteminnet et ensemble av laserkjølte rubidiumatomer fanget i et vakuum, sa Bao. Teamet brukte fotoner for å lese og skrive til skyen på 100 millioner fangede atomer. Fotoner ble brukt til å både begeistre atomene i en høyere energitilstand, og satt qubits som forskerne ønsket å vikle sammen, og produsere et sammenfiltret foton som skulle sendes ned den optiske kabelen. Forskerne trengte da å endre frekvensen til fotonet slik at det ikke skulle gå seg vill i de 50 km fiberoptiske kablene som er kveilet i laboratoriet deres. Endelig kunne fotonet sendes på sin reise gjennom kabelen for å vellykke den andre kvantehukommelsen.
Selv om kvanteforviklinger mellom minnene ble oppnådd, har teamet ennå ikke utført kvanteteleportering av informasjon mellom de to nodene. Forskerne sa at de håper dette arbeidet vil bane vei for å lage en nett av kvante reléstasjoner som vil utvide sammensveiset kommunikasjon til lengre avstander, og til slutt føre til et storskala kvantenettverk.
