Nou record în teleportarea cuantică: 44 km distanţă de transfer şi o precizie de 90%

Oamenii de știință înregistrează progrese în ceea ce priveşte realizarea unui Internet cuantic sigur și foarte rapid. Recent, ei au reușit să „teleporteze” informații cuantice, de înaltă fidelitate, pe o distanță totală de 44 de kilometri.

Fidelitatea datelor și distanța de transfer sunt cruciale pentru un Internet cuantic pe deplin funcțional, iar progresul în oricare din aceste direcţii de cercetare reprezintă un motiv de satisfacţie pentru cei care dezvoltă o nouă generaţie de rețele de comunicații.

În acest caz, cercetătorii au obținut un nivel de fidelitate (precizie) mai mare de 90% pentru informațiile cuantice, în condiţiile utilizării unei rețele extinse de fibră optică similară celor care formează coloana vertebrală a Internetului actual.

„Suntem încântați de aceste rezultate. Aceasta este o realizare cheie pe calea obţinerii unei tehnologii care redefineşte modul cum se desfăşoară comunicaţiile globale”, a declarat fizicianul Panagiotis Spentzouris de la laboratorul Fermilab din cadrul California Institute of Technology (Caltech).

Tehnologia cuantică pe Internet folosește qubiți, adică particule care, atât timp cât starea lor nu este măsurată, rămân suspendate într-un amestec de stări posibile, cum ar fi zarurile care se învârt după ce sunt aruncate şi a căror poziţie finală nu este încă stabilită. Starea qubiţilor devine evidentă doar după ce aceasta este măsurată.

În Internetul cuantic, semnalele sunt transmise printr-o rețea cuantică utilizând particule inseparabile cuantic.

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.

Teleportarea cuantică. Credit: NIST

Pe baza a ceea ce Albert Einstein a numit „acțiunea înfricoşătoare la distanță”, două particule inseparabile cuantic se află într-o stare specială care permite ca informația transmisă către una dintre aceste particule să se „reflecte” instantaneu în cealaltă particulă, într-un fel de teleportare cuantică.

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.

În cazul rețelelor cuantice, starea de inseparabilitate cuantică a qubiţilor trebuie să fie stabilită de la început și apoi menținută pe măsură ce qubiţii sunt separaţi pe o anumită distanţă prin fibre optice.

Din păcate, natura instabilă și delicată a informațiilor cuantice face dificilă transmiterea fotonilor aflaţi într-o stare de inseparabilitate cuantică pe distanțe mari, fără interferențe, mai ales în cazul unor fibre optice lungi.

Cu toate acestea, cercetătorii au reuşit recent să stabilească un nou record de distanţă pentru teleportarea informaţiilor cuantice ale unor astfel de qubiţi: 44 de kilometri cu o precizie de 90%.

Este pentru prima dată când s-a demonstrat că teleportarea cuantică funcţionează pe o distanță atât de mare şi cu o precizie de 90%, ceea ce înseamnă că realizarea unei rețele cuantice de mărimea unui oraş este mai aproape de realitate, chiar dacă mai sunt necesari ani de muncă pentru a face acest lucru posibil.

„Prin această demonstrație punem bazele pentru construirea unei rețele cuantice metropolitane”, a declarat Spentzouris.

Inseparabilitatea cuantică și teleportarea datelor reprezintă o știință complexă și nici măcar experții nu ştiu pe deplin cum ar putea fi utilizată, în cele din urmă, într-o rețea cuantică. Fiecare dovadă în sprijinul acestui concept ne aduce puţin mai aproape de realizarea unei astfel de rețele.

În afară de perspectiva unei creșteri uriașe a vitezei și a puterii de calcul, Internetul cuantic se poate dovedi foarte sigur.

Prin intermediul criptării cuantice sau a criptografiei cuantice, utilizatorii Internetului cuantic vor putea trimite date imposibil de interceptat de către piraţii informatici sau hackeri. Acest lucru se datorează faptului că criptografia cuantică foloseşte un sistem de distribuție a unei chei cuantice (QKD-quantum key distribution), ceea ce înseamnă că mesajul criptat și cheile sale sunt trimise separat.

Orice încercare neautorizată de interceptare a unui astfel de mesaj va provoca distrugerea automată a mesajului, expeditorul și destinatarul fiind informaţi despre această situație.

Cel puțin deocamdată, oamenii de știință cred că rețelele cuantice de Internet vor acționa ca extensii ale internetului clasic, mai degrabă decât ca o înlocuire completă a acestuia.

Cercetătorii abordează problemele aferente unui Internet cuantic din perspective diferite, motiv pentru care există o varietate mare de distanțe de teleportare cuantică menționate în diferite studii. Nu se verifică întotdeauna aceeași tehnologie, folosind același echipament, pentru a testa aceleași standarde.

Acest studiu este special prin acuratețea și distanța de teleportare cuantică, dar şi prin echipamentul tehnic folosit, cu ajutorul căruia ar trebui să fie relativ ușor să extindem această tehnologie folosind hardware-ul pe care deja îl avem.

„Suntem foarte mândri că am depăşit această etapă în realizarea unor sisteme de teleportare cuantică durabile, performante și scalabile’

Rezultatele vor fi îmbunătățite prin actualizările de sistem pe care ne așteptăm să le finalizăm până în al doilea trimestru al anului 2021”, a declarat fizicianul Maria Spiropulu de la Caltech.

Cercetarea a fost publicată în PRX Quantum.

Sursă: Science Alert