Sen o kvantovém internetu o centimetry blíž po průlomu pomáhá přenášet informace přes sítě z optických vláken
Vědci vytvořili nový druh molekulárního qubitu, který by mohl pomoci propojit kvantové počítače se stávající telekomunikační technologií – čímž položili základy budoucího kvantového internetu.
Nový qubit obsahuje prvek vzácných zemin tzv erbiumkterý má optické a magnetické vlastnosti, které mu umožňují přenášet kvantové informace pomocí stejných vlnových délek jako sítě z optických vláken.
Tým zveřejnil svá zjištění 2. října v časopise Věda. V a prohlášenínazvali technologii „slibným novým stavebním kamenem pro škálovatelné kvantové technologie“, od ultrabezpečných komunikačních spojení až po sítě na dlouhé vzdálenosti. kvantové počítače — často označovaný jako kvantový internet.
Do budování technologie potřebné pro kvantový internet bylo věnováno mnoho výzkumů, včetně a nový čip postavený v září, který pomáhá přenášet kvantové signály přes skutečné kabely z optických vláken. V nové studii se vědci zaměřili na vytvoření nového typu qubit, který by mohl pomoci přenášet data.
„Prokázáním všestrannosti těchto erbiových molekulárních qubitů děláme další krok směrem ke škálovatelným kvantovým sítím, které lze zapojit přímo do dnešní optické infrastruktury,“ David AvshalomVe svém prohlášení uvedl hlavní řešitel studie a profesor molekulárního inženýrství a fyziky na Chicagské univerzitě.
Jiný typ qubitu
Qubity jsou nejzákladnější formou kvantové informace a slouží jako kvantový ekvivalent k bitům v klasickém počítání.
Tím však srovnání do značné míry končí. Zatímco klasické bity počítají v binárních 1s a 0s, qubity se chovají podle podivných pravidel kvantové fyziky, což jim umožňuje existovat ve více stavech najednou – vlastnost známá jako superpozice. Pár qubitů by tedy mohl být současně 0-0, 0-1, 1-0 a 1-1.
Qubity obvykle přicházejí ve třech formách: supravodivé qubity, které jsou vyrobeny z malých elektrických obvodů; zachycený iont qubity, které uchovávají informace v nabitých atomech držených na místě elektromagnetickými poli; a fotonický qubity, které kódují kvantové stavy v částicích světla.
Molekulární qubity používají jednotlivé molekuly, často postavené na kovech vzácných zemin, jejichž elektronový spin definuje jejich kvantový stav. Tento spin dává elektronu nepatrný magnetické polejehož směr určuje hodnotu qubitu. Jako běžný bit může představovat 1, 0, ale může to být také superpozice obou stavů.
Nový qubit na bázi erbia je jedinečný v tom, že se chová jako spinový qubit i jako fotonický qubit; může ukládat informace magneticky při čtení pomocí optických signálů.
V experimentu vědci ukázali, že rotace atomu erbia by mohla být umístěna do řízené superpozice – klíčový požadavek pro fungující qubit. Protože spinový stav ovlivňuje vlnovou délku světla, které atom vyzařuje, mohl tým číst kvantové stavy qubitu pomocí standardních technik, jako je optická spektroskopie.
„Tyto molekuly mohou fungovat jako nanomost mezi světem magnetismu a světem optiky,“ Leah Weissováspoluprvní autor článku a postdoktorand na univerzitě v Chicagu Pritzker School of Molecular Engineering, uvedl v prohlášení. „Informace by mohly být zakódovány v magnetickém stavu molekuly a poté zpřístupněny světlem na vlnových délkách kompatibilních s dobře vyvinutými technologiemi, které jsou základem sítí optických vláken a křemíkových fotonických obvodů.“
Dálková kvantová data
Provoz ve společnosti Telecom vlnové délky poskytuje dvě klíčové výhody, první je, že signály mohou cestovat na velké vzdálenosti s minimálními ztrátami – zásadní pro přenos kvantových dat přes optické sítě.
Druhým je, že světlo na vlnových délkách optických vláken snadno prochází křemík. Pokud by tomu tak nebylo, veškerá data zakódovaná v optickém signálu by byla absorbována a ztracena. Vzhledem k tomu, že optický signál může procházet křemíkem k detektorům nebo jiným fotonickým komponentům zabudovaným pod ním, je qubit na bázi erbia ideální pro hardware založený na čipu, uvedli vědci.
„Telekomunikační vlnové délky nabízejí nejnižší ztrátovou rychlost světla procházejícího optickými vlákny. To je důležité, pokud chcete spolehlivě posílat informace zakódované v jediném fotonu (jediné částici světla) mimo laboratoř,“ řekl Awschalom Live Science v e-mailu.
Další výhodou je měřítko, vysvětlil Awschalom. Každý qubit je sestaven z jediné molekuly asi 100 000krát menší než lidský vlas. Protože jejich strukturu lze ladit přes syntetická chemiemolekulární qubity lze integrovat do prostředí, které ostatní nemohou – včetně polovodičových zařízení nebo dokonce uvnitř živých buněk.
Tato úroveň kontroly by mohla pomoci vyřešit jednu z největších technických výzev kvantových počítačů: zabudování kvantové kompatibility přímo do stávajících technologií.
„Integrace je klíčovým krokem při rozšiřování technologie a výjimečnou výzvou v této oblasti,“ řekl Awschalom. „Pracujeme na integraci těchto qubitů do zařízení na čipu a věříme, že to otevře nové režimy kontroly, detekce a spojování molekul.“
