Splątanie kwantowe na ponad 30 milach światłowodu przybliżyło super bezpieczny internet

Obraz światłowodu Pixabay

Albert Einstein nie chciał mieć z tym nic wspólnego: kpił z dziwnej koncepcji splątania kwantowego jako upiornego działania na odległość. Ale sto lat później niedźwiedź Einsteina może pomóc w stworzeniu bezpieczniejszego Internetu dzięki najbardziej niezawodnej technice splątania węzłów wzdłuż wielu kilometrów kabla światłowodowego.

W przypadku splątania obiekt można umieścić w kwantowej superpozycji wielu stanów — tak jak kot Schrödingera, zarówno żywy, jak i martwy jednocześnie — i tę superpozycję można dzielić z innym obiektem. Teoretycznie obiekty te utrzymają to połączenie nawet po rozdzieleniu, tak że pomiar jednego ujawnia stan drugiego, bez względu na to, jak daleko.

Jest to interesujące nie tylko dla fizyków kwantowych. Internet kwantowy umożliwiłby ultrabezpieczną komunikację wrażliwych wiadomości. Jedną z technik jest szyfrowanie pary kluczy cyfrowych, technologia znana jako dystrybucja kluczy kwantowych (QKD). Jeśli dwie osoby mają te klucze, mogą rozmawiać bez obawy, że zostaną podsłuchiwane, ponieważ podsłuchujący zmieni stan kluczy i zostanie wykryty.

Ale QKD opiera się na pomiarze stanu kluczy zaszyfrowanych kwantowo, a ponieważ na ten pomiar mogą mieć wpływ warunki w urządzeniach wysyłających i odbierających, musisz znać ich dokładne warunki fizyczne. Może to być niepraktyczne, ponieważ nawet niewielkie fizyczne fluktuacje mogą zakłócić pomiary.

Dlatego wykorzystano osobliwości splątania kwantowego, aby stworzyć podstawę jeszcze lepszego podejścia. Splątanie jest znacznie trudniejsze do zrealizowania, ale na dłuższą metę może zapewnić bardziej użyteczny internet kwantowy niż klucze kwantowe. Splątując węzły w sieci, tworzysz połączenie między splątanymi cząstkami, które omija same urządzenia, unikając nierealistycznego wymogu znajomości ich dokładnego stanu.

Przynajmniej w zasadzie. W praktyce zaplątanie wymaga również idealnych warunków. Systemy kwantowe są wrażliwe na najdrobniejsze zakłócenia: zmiana temperatury lub niewielki ruch mogą wszystko zepsuć. Przełomowy eksperyment z 2015 r. wykazał, że splątanie kwantowe działa na odległości niespełna mili (1,3 kilometra). Od tamtej pory naukowcy oddzielili splątane cząstki, wysyłając je światłowodami, a nawet do satelity iz powrotem. Ale niezawodność była bardzo niska.

W dzisiejszym artykule w Nature Pan Jian-Wei z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin w Hefei wraz z kolegami opisują eksperyment, w którym demonstrują splątanie przez ponad 30 mil światłowodu zwinięty w laboratorium, z mniejszymi błędami transmisji niż poprzednie próby. To duża poprawa, mówi Pan, którego czasami nazywa się ojcem kwantu.

Sztuką było znalezienie skutecznych sposobów splątania dwóch cząstek. Zespół użył atomu, który pozostał na swoim miejscu, oraz fotonu, który został wysłany przez włókno. Odkryli, że byli w stanie stworzyć splątaną parę węzłów znacznie bardziej niezawodnie niż wykazano w poprzednich eksperymentach – w tym w tym, który wyznaczał punkt odniesienia dla mil, który pokonał o pięć rzędów wielkości.

Jak duży jest ten wynik? Jest ładny, ale nie tak duży, jak się wydaje, mówi Stephanie Wehner , naukowiec z QuTech, centrum badań kwantowych obliczeń i Internetu kwantowego w Delft w Holandii. Zespół Pan wykorzystał 30 mil zwiniętego włókna, które nadal wymaga imponującego stopnia kontroli nad całym systemem, ale zademonstrowanie splątania między dwoma węzłami w jednym miejscu jest znacznie łatwiejsze niż wtedy, gdy są faktycznie 30 mil od siebie.

Ale odległość to jedno. Zespół Pana twierdzi również, że jego konfiguracja jest bardziej niezawodna niż poprzednie przykłady, a tym samym zapewnia lepsze podstawy dla rzeczywistego Internetu kwantowego. Po zademonstrowaniu technik ze zwiniętym włóknem uważa, że ​​można je łatwo rozszerzyć, aby działały w linii prostej. Jak mówi, metody opracowane w ramach tej pracy mogą zostać wykorzystane do budowy sieci kwantowych między miastami w najbliższej przyszłości.

ukryć