Kvantinis įsipainiojimas per 30 mylių šviesolaidžio priartino itin saugų internetą

Optinio pluošto vaizdas Pixabay

Albertas Einšteinas nenorėjo su tuo turėti nieko bendra: keistą kvantinio susipynimo sampratą jis tyčiojosi kaip baisų veiksmą per atstumą. Tačiau praėjus šimtui metų, Einšteino klaidos galėjo padėti sukurti saugesnį internetą dėl kol kas patikimiausios technikos, leidžiančios supainioti mazgus išilgai mylių šviesolaidinio kabelio.

Įsipainiojus, objektas gali būti perkeltas į kvantinę kelių būsenų superpoziciją – kaip ir Schrödingerio katė, gyva ir mirusi vienu metu – ir ta superpozicija gali būti bendrinama su kitu objektu. Teoriškai šie objektai išlaikys tą ryšį net ir atskirti, todėl matuojant vieną, atsiskleidžia kito būsena, nesvarbu, kaip toli.

Tai ne tik domina kvantinius fizikus. Kvantinis internetas leistų itin saugiai perduoti jautrias žinutes. Vienas iš būdų yra užšifruoti skaitmeninių raktų porą, technologiją, vadinamą kvantinio rakto paskirstymu (QKD). Jei abu žmonės turi šiuos raktus, jie gali kalbėtis nebijodami, kad bus apšniukštinėję, nes pasiklausytojas pakeistų raktų būseną ir sužinotų.

Tačiau QKD remiasi kvantiniu užšifruotų raktų būsenos matavimu ir kadangi šį matavimą gali paveikti sąlygos siuntimo ir priėmimo įrenginiuose, turite žinoti tikslias jų fizines sąlygas. Tai gali būti nepraktiška, nes net nedideli fiziniai svyravimai gali išmušti išmatavimus.

Štai kodėl buvo pasinaudota kvantinio susipynimo keistenybėmis, kad būtų sukurtas dar geresnio požiūrio pagrindas. Susipainioti daug sunkiau, tačiau ilgainiui kvantinis internetas gali būti naudingesnis nei kvantiniai raktai. Įpainiodami tinklo mazgus, sukuriate ryšį tarp įsipainiojusių dalelių, aplenkiančių pačius įrenginius, išvengiant nerealaus reikalavimo žinoti tikslią jų būseną.

Bent jau iš principo. Praktiškai įsipainiojimas taip pat reikalauja idealių sąlygų. Kvantinės sistemos jautriai reaguoja į smulkiausius trikdžius: temperatūros pokytis ar nedidelis judėjimas gali viską išmesti. 2015 m. atliktas novatoriškas eksperimentas parodė, kad kvantinis įsipainiojimas veikė tik mažiau nei mylios (1,3 kilometro) atstumu. Per daugelį metų mokslininkai atskyrė įsipainiojusias daleles, siųsdami jas žemyn optiniais pluoštais ir net iki palydovo ir atgal. Tačiau patikimumas buvo labai žemas.

Straipsnyje Nature šiandien Pan Jian-Wei iš Kinijos mokslo ir technologijos universiteto Hefėjuje ir jo kolegos aprašo eksperimentą, kurio metu jie demonstruoja įsipainiojimas per daugiau nei 30 mylių pluošto susuktas laboratorijoje, su mažesnėmis perdavimo klaidomis nei ankstesniuose bandymuose. Tai didelis patobulinimas, sako Panas, kuris kartais vadinamas kvantų tėvu.

Triukas buvo rasti veiksmingų būdų supainioti dvi daleles. Komanda naudojo atomą, kuris liko vietoje, ir fotoną, kuris buvo nusiųstas pluoštu. Jie išsiaiškino, kad jie sugebėjo sukurti susipynusią mazgų porą daug patikimiau, nei buvo parodyta ankstesniuose eksperimentuose, įskaitant tą, kuris nustatė mylios etaloną, kurį jis viršijo penkiomis dydžių eilėmis.

Koks didelis dalykas yra šis rezultatas? Tai gražu, bet beveik ne tokia didelė, kaip atrodo, sako Stephanie Wehner , QuTech, kvantinio skaičiavimo ir kvantinio interneto tyrimų centro Delfte, Nyderlanduose, tyrėjas. Pan komanda naudojo 30 mylių suvynioto pluošto, kuriam vis dar reikia įspūdingo lygio visos sistemos valdymo, tačiau parodyti susipainiojimą tarp dviejų mazgų vienoje vietoje yra daug lengviau nei tada, kai jie yra iš tikrųjų 30 mylių atstumu.

Tačiau atstumas yra vienas dalykas. Pano komanda taip pat teigia, kad jos sąranka yra patikimesnė nei ankstesni pavyzdžiai, todėl sukuriamas geresnis pagrindas tikram kvantiniam internetui. Pademonstravęs technologijas naudojant suvyniotą pluoštą, jis mano, kad jie gali lengvai juos išplėsti, kad veiktų tiesia linija. Šiame darbe sukurti metodai galėtų būti naudojami artimiausiu metu kuriant kvantinius tinklus tarp miestų, sako jis.

paslėpti