Kalifornian teknillisen instituutin insinöörit ovat osoittaneet, että optisten onkaloiden onteloissa olevista atomeista voi tulla yksi tärkeimmistä tekniikoista kvantti-Internetin toiminnan kannalta. Tutkijat julkaisivat työnsä Nature-lehdessä.
Kvanttiverkot yhdistävät kvantitietokoneet erityisen järjestelmän kautta, joka tarjoaa yhteyden niiden välillä. Teoriassa kvanttitietokoneet kykenevät eräänä päivänä suorittamaan tiettyjä toimintoja nopeammin kuin klassiset laskentajärjestelmät, ja käyttävät kvantimekaniikan ominaisuuksia, kuten tilojen superpositio, joka sallii kvanttibittien olla sekä nolla että yksi samanaikaisesti.
Kuten klassisten tietokoneiden kohdalla, tutkijat haluaisivat yhdistää useita kvantitietokoneita tietojen vaihtamiseksi ja työskentelemiseksi yhdessä - luodakseen eräänlaisen "kvantti-Internetin". Tämä avaa oven moniin sovelluksiin, mukaan lukien hajautettu kvanttilaskenta ja salattu viestintä. Tällaisen verkon on kuitenkin kyettävä siirtämään tietoa kahden laitteen välillä muuttamatta siirretyn tiedon kvanttiominaisuuksia.
Nykyinen malli toimii näin: Yksi atomi tai ioni toimii kuin qubit ja tallentaa tietoa sen kvanttiominaisuuksista, kuten spinistä. Tämän tiedon lukemiseksi ja siirtämiseksi toiseen paikkaan atomin on herätettävä valopulssilla, jolloin se emittoi fotonin, jonka spin on takertunut atomin spiniin ja on yhtä suuri kuin se. Fotoni voi sitten lähettää atomiin liittyvää tietoa pitkän matkan päässä valokuitukaapelilla. Mutta tehdä se on vaikeampaa kuin miltä kuulostaa. Useimmat atomit ovat herkkiä magneettikentän ja sähkökentän vaihtelulle, mikä johtaa virheisiin niihin perustuvien laitteiden toiminnassa.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi Caltechin tutkijat rakensivat nanofotonisen resonaattorin - noin 10 mikronin sauvan, jonka pintaan oli kaiverrettu erityinen kuvio, joka oli valmistettu yttriumiortovanadaattikiteestä. Sitten tutkijat sijoittivat harvinaisten maametallien ytterbium Yb 3+ -ionin keskelle. Kun säteilyä siirretään sellaisen resonaattorin läpi, se kulkee useita kertoja tankoa pitkin ja, kun lopulta menettää tarpeeksi energiaa, se imeytyy ytterbiumioniin. Kirjoittajat osoittivat myös, että ontelot materiaalissa muuttavat ionin ympäristöä siten, että emittoitu fotoni voi pysyä materiaalissa jopa 99%: iin ajasta, ja tutkijat voivat tällä välin mitata sen ominaisuuksia.
Lisäksi ytterbium-ionit pystyvät tallentamaan tietoja selkäänsä 30 millisekunnin ajan. Tämä riittää tiedon siirtämiseen Yhdysvaltojen mannerosaan. Ryhmä on tällä hetkellä keskittynyt luomaan kvanttiverkon rakennuspalikoita. Sitten he toivovat laajentavansa kokeilujaan ja yhdistäen kaksi kvanttibittiä kaukana toisistaan.
Kirjoittaja: Nikita Shevtsev