07/03/2021

Η κβαντική τηλεμεταφορά επιτεύχθηκε με ακρίβεια 90% σε απόσταση 44 χιλιομέτρων

Οι επιστήμονες πλησιάζουν στο να κάνουν ένα εξαιρετικά ασφαλές, εξαιρετικά γρήγορο κβαντικό Διαδίκτυο: τώρα μπορούν να «τηλεμεταφέρουν» κβαντικές πληροφορίες υψηλής πιστότητας σε συνολική απόσταση 44 χιλιομέτρων.

Τόσο η πιστότητα δεδομένων όσο και η απόσταση μεταφοράς είναι ζωτικής σημασίας για την οικοδόμηση ενός πραγματικού, κβαντικού διαδικτύου που λειτουργεί, και η πρόοδος σε οποιονδήποτε από αυτούς τους τομείς είναι αιτία γιορτής για εκείνους που χτίζουν το δίκτυο επικοινωνιών επόμενης γενιάς.

Σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα πέτυχε επίπεδο πιστότητας μεγαλύτερη από 90 τοις εκατό (ακρίβεια δεδομένων) με τις κβαντικές πληροφορίες, καθώς και την αποστολή τους σε εκτεταμένα δίκτυα οπτικών ινών παρόμοια με αυτά που αποτελούν τη ραχοκοκαλιά του υπάρχοντος διαδικτύου μας.

«Είμαστε ενθουσιασμένοι με αυτά τα αποτελέσματα», λέει ο φυσικός Panagiotis Spentzouris, από το εργαστήριο φυσικής σωματιδίων και επιταχυντή Fermilab που εδρεύει στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech).

“Αυτό είναι ένα βασικό επίτευγμα στον τρόπο οικοδόμησης μιας τεχνολογίας που θα επαναπροσδιορίσει τον τρόπο διεξαγωγής της παγκόσμιας επικοινωνίας.”

Η τεχνολογία κβαντικού διαδικτύου χρησιμοποιεί qubits. μη μετρούμενα σωματίδια που παραμένουν αιωρούμενα σε ένα μείγμα πιθανών καταστάσεων, όπως τα ζαριά που περιστρέφονται ακόμη για να κατακαθίσουν.

Τα Qubits που εισάγονται το ένα στο άλλο έχουν τις ταυτότητές τους «εμπλεγμένες» με τρόπους που γίνονται προφανείς μόλις μετρηθούν τελικά. Φανταστείτε αυτά τα μπλεγμένα qubits ως ζάρια – ενώ το καθένα μπορεί να προσγειωθεί σε οποιονδήποτε αριθμό, και οι δύο είναι εγγυημένοι ότι θα προστεθούν σε επτά, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται. Τα δεδομένα σε μια τοποθεσία αντικατοπτρίζουν άμεσα δεδομένα σε άλλη.

Με έξυπνη διάταξη εμπλοκής τριών qubit, είναι δυνατόν να αναγκάσει την κατάσταση ενός σωματιδίου να υιοθετήσει το «ζάρι» ενός άλλου μέσω του αμοιβαία εμπλεκόμενου συνεργάτη τους. Στην κβαντική, αυτό είναι τόσο καλό όσο το να μετατρέψουμε ένα σωματίδιο σε ένα άλλο, μεταφέροντας ταυτόχρονα την ταυτότητά του σε απόσταση.

Η εμπλοκή πρέπει ακόμη να καθοριστεί στην αρχή όμως, και στη συνέχεια να διατηρηθεί καθώς τα qubits αποστέλλονται στον τελικό προορισμό τους μέσω οπτικών ινών (ή δορυφόρων).

Ωστόσο, η ασταθής, ευαίσθητη φύση των κβαντικών πληροφοριών καθιστά δύσκολη τη δέσμευση φωτονίων σε μεγάλες αποστάσεις χωρίς παρεμβολές. Οι μακρύτερες οπτικές ίνες σημαίνουν απλώς περισσότερες ευκαιρίες παρεμβολής του θορύβου στις καταστάσεις που μπλέκονται.

Συνολικά, τα μήκη των ινών που χρησιμοποιήθηκαν για τη διοχέτευση κάθε qubit που προστέθηκε στα 44 χιλιόμετρα, θέτοντας ένα νέο όριο στο πόσο μπορούμε να στείλουμε εμπλεγμένα qubits και να τα χρησιμοποιήσουμε με επιτυχία για να τηλεμεταφέρουμε κβαντικές πληροφορίες.

Ποτέ δεν έχει αποδειχθεί ότι εργάζεται σε τόσο μεγάλη απόσταση με τέτοια ακρίβεια και φέρνει ένα κβαντικό δίκτυο μεγέθους πόλης πιο κοντά στην πραγματικότητα – παρόλο που υπάρχουν ακόμη πολλά χρόνια μπροστά για να γίνει αυτό δυνατό.

“Με αυτήν την επίδειξη αρχίζουμε να βάζουμε τα θεμέλια για την κατασκευή ενός μητροπολιτικού κβαντικού δικτύου της περιοχής του Σικάγου”, λέει ο Spentzouris.

Η κβαντική εμπλοκή και η τηλεμεταφορά δεδομένων είναι μια πολύπλοκη επιστήμη, και ούτε οι ειδικοί κατανοούν πλήρως πώς θα μπορούσε τελικά να χρησιμοποιηθεί σε ένα κβαντικό δίκτυο. Κάθε απόδειξη τέτοιας ιδέας που έρχεται στην επιφάνεια μας φέρνει λίγο πιο κοντά στην πραγματοποίηση ενός τέτοιου δικτύου.

Εκτός από την πολλά υποσχόμενη αύξηση της ταχύτητας και της υπολογιστικής ισχύος, ένα κβαντικό Διαδίκτυο θα ήταν εξαιρετικά ασφαλές – οποιαδήποτε απόπειρα πειρατείας θα ήταν εξίσου καλή με την καταστροφή μιας κλειδαριάς ασφαλείας. Προς το παρόν τουλάχιστον, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα κβαντικά δίκτυα διαδικτύου θα λειτουργούν ως εξειδικευμένες επεκτάσεις στο κλασικό Διαδίκτυο, και όχι ως πλήρης αντικατάσταση.

Οι ερευνητές αντιμετωπίζουν κβαντικά προβλήματα στο Διαδίκτυο από όλες τις διαφορετικές οπτικές γωνίες, γι ‘αυτό θα δείτε μια ποικιλία αποστάσεων που αναφέρονται σε μελέτες – δεν μετρούν όλοι την ίδια τεχνολογία, χρησιμοποιώντας τον ίδιο εξοπλισμό, για να δοκιμάσουν τα ίδια πρότυπα.

Αυτό που κάνει αυτή τη μελέτη ξεχωριστή είναι η ακρίβεια και η απόσταση της τηλεμεταφοράς κβαντικής εμπλοκής, καθώς και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται – θεωρητικά θα πρέπει να είναι σχετικά εύκολο να κλιμακωθεί αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιώντας το υλικό που έχουμε ήδη στη διάθεσή μας.

“Είμαστε πολύ περήφανοι που πετύχαμε αυτό το ορόσημο σε βιώσιμα, υψηλής απόδοσης και κλιμακούμενα συστήματα κβαντικής τηλεμεταφοράς”, λέει η φυσικός Maria Spiropulu, από την Caltech.

“Τα αποτελέσματα θα βελτιωθούν περαιτέρω με αναβαθμίσεις συστήματος που αναμένουμε να ολοκληρωθούν έως το δεύτερο τρίμηνο του 2021.”

digital-news

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *