Inženýři z Kalifornského technologického institutu ukázali, že atomy v dutinách optických dutin se mohou stát jednou z hlavních technologií fungování kvantového internetu. Vědci publikovali svou práci v časopise Nature.
Kvantové sítě spojí kvantové počítače pomocí speciálního systému, který mezi nimi vytvoří spojení. Teoreticky budou kvantové počítače jednoho dne schopny vykonávat určité funkce rychleji než klasické výpočetní systémy pomocí vlastností kvantové mechaniky, jako je superpozice stavů, což umožňuje, aby kvantové bity byly nulové i jedno současně.
Stejně jako u klasických počítačů by i vědci chtěli propojit více kvantových počítačů, aby si vyměnili data a spolupracovali - aby vytvořili jakýsi „kvantový internet“. Tím by se otevřely dveře mnoha aplikacím, včetně distribuované kvantové výpočetní techniky a šifrované komunikace. Taková síť však musí být schopna přenášet informace mezi dvěma zařízeními bez změny kvantových vlastností přenášených informací.
Současný model funguje takto: Jeden atom nebo ion se chová jako qubit a ukládá informace o své kvantové vlastnosti, jako je spin. Aby bylo možné tuto informaci přečíst a přenést ji na jiné místo, musí být atom excitován pulsem světla, který způsobí, že vyzařuje foton, jehož spin je zapleten s spinem atomu a je s ním roven. Foton pak může přenášet informace spojené s atomem na velkou vzdálenost přes kabel optického vlákna. Ale dělat to je těžší, než to zní. Většina atomů je citlivá na výkyvy v magnetických a elektrických polích, což vede k chybám v provozu zařízení na nich založených.
K překonání tohoto problému vědci z Caltechu postavili nanofotonický rezonátor - tyč o délce asi 10 mikronů se speciálním vzorem vyrytým na jeho povrchu, vyrobeným z krystalu orthovanadátu yttria. Poté vědci umístili iont ytterbia Yb 3+ kovu vzácných zemin do středu. Když je záření přenášeno přes takový rezonátor, prochází několikrát podél tyče a nakonec, když ztratilo dost energie, je absorbováno iontem ytterbia. Autoři také ukázali, že dutiny v materiálu mění prostředí iontu, díky kterému může emitovaný foton zůstat v materiálu až 99% času, a mezitím vědci mohou měřit jeho vlastnosti.
Kromě toho jsou ionty ytterbia schopny ukládat informace do zad po dobu 30 milisekund. To stačí k přenosu informací napříč kontinentálními Spojenými státy. Tým je v současné době zaměřen na vytváření stavebních bloků kvantové sítě. Potom doufají, že rozšíří své experimenty a spojí dva kvantové bity daleko od sebe.
Autor: Nikita Shevtsev