Oamenii de știință au obținut inseparabilitatea cuantică, prin fibră optică, a unor memorii cuantice aflate la o distanţă mai mare de 50 de kilometri, ceea ce este de aproape 40 de ori mai mult față de recordul anterior.

Prin această realizare ideea unui Internet cuantic super-rapid și foarte sigur devine mult mai plauzibilă.

Comunicarea cuantică se bazează pe inseparabilitatea cuantică, un fenomen cuantic pe care Einstein l-a denumit drept o “acțiune înspăimântătoare la distanță”.

Inseparabilitatea cuantică este un fenomen din fizica cuantică  în care particulele elementare se corelează reciproc şi interacţionează între ele într-un mod previzibil, indiferent de cât de departe se află unele faţă de altele.

Chiar dacă sunt separate în spaţiu, două particule aflate într-o stare de inseparabilitate cuantică păstrează între ele o conexiune fundamentală, prin care la orice acțiune efectuată asupra unei particule cealaltă particulă pereche va răspunde instantaneu.

Inseparabilitatea memoriilor cuantice

Credit: Yuichiro Chino/Moment/Getty Images

Memoria cuantică are capacitatea de a stoca şi păstra în siguranţă informațiile cuantice, aceasta fiind echivalentul cuantic al memoriei clasice de calcul.

Funcționarea eficientă şi stabilă a memoriilor cuantice este o condiţie fundamentală pentru ca computerele cuantice să devină practice și într-adevăr utile.

„Principala realizare a acestui experiment constă în mărirea distanței de acţiune a inseparabilităţii cuantice, prin fibra optică, între două memorii cuantice”, a declarat Jian-Wei Pan, conducătorul echipei de cercetători, din cadrul University of Science and Technology of China.

Inseparabilitatea cuantică a fotonilor (fotonul este particula elementară a radiaţiei electromagnetice) a fost obţinută anterior prin vid și fibră optică la distanțe chiar mai mari de 50 km, de până la 1.200 km în spaţiul cosmic, dar adăugarea unor memorii cuantice complică mult lucrurile.

Cercetătorii sugerează posibilitatea realizării unui Internet cuantic bazat pe inseparabilitatea cuantică atom-foton de-a lungul unor noduri succesive, unde atomii sunt nodurile reţelei, iar fotonii sunt purtătorii informaţiei.

Astfel s-ar putea îmbunătăţi eficiența, fiabilitatea și stabilitatea Internetului cuantic în comparaţie cu soluţia bazată pe inseparabilitatea cuantică care foloseşte doar fotoni.

Cele două unități de stocare pentru memoria cuantică din experimentul de faţă au fost atomi de rubidiu răciți până la un nivel scăzut de energie. Atunci când au fost cuplaţi cu fotoni inseparabili cuantic, atomii de rubidiu au devenit o parte componentă a unui sistem inseparabil cuantic.

Din păcate, cu cât distanţa pe care un foton trebuie să o parcurgă între atomi este mai mare, cu atât mai mare este şi probabilitatea ca starea sistemului cuantic să fie perturbată. Acesta este motivul pentru care noul record este atât de impresionant.

Soluţia pentru creşterea acestei distanțe a fost, în acest caz, o tehnică specială prin care atomii memoriilor cuantice au fost plasaţi în inele speciale destinate reducerii zgomotului aleatoriu care ar putea interfera și distruge memoria cuantică. Aceste inele au acţionat ca o cavitate pentru îmbunătățirea transferului informației cuantice.

Atomii cuplaţi și fotonii produși prin această tehnică au format nodurile reţelei cuantice. Frecvenţa fotonilor a fost stabilită de oamenii de știință astfel încât să fie potrivită pentru rețelele de telecomunicații, în acest caz o rețea de telecomunicații de mărimea unui oraș.

În anul 2017, cercetătorii conduşi de Pan au stabilit un record privind inseparabilitatea cuantică, transmiţând fotoni aflaţi într-o stare de inseparabilitate cuantică între Pământ şi un satelit al acestuia pe o distanță de 1.200 km.

Atomii din nodurile reţelei acestui experiment s-au aflat în același laborator, dar fotonii s-au deplasat prin cablu optic pe o distanţă mai mare de 50 km. Chiar dacă mărirea în continuare a distanţei dintre atomi este problematică, cercetătorii au demonstrat că acest concept funcţionează.

„În ciuda progreselor importante de până acum, separarea fizică maximă între două noduri este în prezent de 1,3 kilometri.

Experimentul nostru ar putea fi extins utilizând noduri separate fizic de distanțe similare, care ar forma astfel un segment funcțional al unei rețele cuantice atomice. Aceasta ar deschide calea realizării unor legături atomice pe mai multe noduri și pe distanțe mult mai mari”, au explicat cercetătorii în lucrarea publicată.

Atunci lucrurile ar deveni foarte interesante, deoarece computerele care vor folosi aceste memorii cuantice vor putea procesa o cantitate mai mare de date, într-un timp mult mai scurt, decât computerele actuale putând rezolva astfel probleme foarte complexe.

În ceea ce privește transmiterea acestor date, tehnologia cuantică promite să îmbunătățească viteza de transfer şi protecţia datelor cu condiția să putem transfera aceste date într-un mod fiabil pe distanțe lungi.

„Internetul cuantic bazat pe conectarea unor procesoare cuantice la distanță ar trebui să permită o serie de aplicații revoluționare, cum ar fi calculul cuantic distribuit, iar realizarea acestuia implică inseparabilitatea cuantică a unor memorii cuantice pe distanțe lungi”, afirmă cercetătorii.

Cercetarea a fost publicată în Nature.

Sursă: Science Alert