Tento objev nám již umožňuje nahlédnout do kvantového internetu a posouvá vědu na novou úroveň.

Nový objev spojuje optické vlastnosti pro přenos kvantové informace na stejné vlnové délce jako v moderních optických sítích.

Kvantový internet se každým dnem přibližuje.

Představte si: vědcům se podařilo vytvořit nový typ molekulárního kubitu, který může pomoci propojit kvantové počítače pomocí stávajících telekomunikačních technologií. Tento objev položí základ pro to, co se v budoucnu stane kvantovým internetem .

Klíčovou složkou nového kubitu je vzácný prvek erbium . Tento atom má optické a magnetické vlastnosti, které mu umožňují přenášet kvantovou informaci právě na těch vlnových délkách, které se používají v optických sítích.

Kromě toho vědci vysvětlili, že protože kubit pracuje na telekomunikačních vlnových délkách, je mnohem snazší jej integrovat do křemíkových čipů, což umožňuje vytvářet kompaktnější kvantová zařízení menších rozměrů. Skupina vědců, která tento průlom vyvinula, zveřejnila své výsledky v časopise Science. Ve svém prohlášení popsali tuto technologii jako „slibný nový pilíř škálovatelných kvantových technologií“, který pokrývá širokou škálu oblastí použití: od superbezpečných komunikačních kanálů až po kvantové počítačové sítě s velkým dosahem.

Jak tento objev funguje?

Výzkum zaměřený na vytvoření technologie potřebné pro kvantový internet je intenzivní a zahrnuje vývoj nového čipu, který umožňuje přenášet kvantové signály po skutečných optických kabelech. V této studii se však hlavní pozornost soustředila na vývoj nového typu kubitu pro přenos dat. David Avshalom, vedoucí výzkumník a profesor fyziky na Chicagské univerzitě, uvedl, že demonstrací univerzálnosti těchto erbiumových molekulárních kubitů děláme další krok k škálovatelným kvantovým sítím, které lze přímo připojit k moderní optické infrastruktuře.

Kubity jsou nejjednodušší jednotkou informace v kvantových výpočtech, kvantovým ekvivalentem bitů v klasických výpočtech. Tím však srovnání končí, protože klasické bity se počítají pomocí binárních nul a jedniček. Qubity se naopak chovají podle podivných zákonů kvantové fyziky. Tato jedinečná vlastnost jim umožňuje existovat v několika stavech současně – jev, který se nazývá superpozice.

Existují tři typické typy kubitů: supravodivé kubity, které se skládají z malých elektrických obvodů; kubity s zachycenými ionty, které ukládají informace v nabitých atomech udržovaných elektromagnetickými poli; a fotonové kubity, které kódují kvantové stavy v částicích světla. Molekulární kubity naopak využívají jednotlivé molekuly, často postavené na bázi vzácných zemin. Spin elektronu v tomto kovu určuje jeho kvantový stav. Tento spin vytváří pro elektron slabé magnetické pole. Směr tohoto pole určuje hodnotu kubitu; může představovat 1, 0 nebo dokonce superpozici obou stavů – což je průlomový objev .

Zvláštností tohoto nového kubitu na bázi erbia je to, že se chová jako spinový i fotonový kubit. To znamená, že může ukládat informace magnetickým způsobem a současně být čten pomocí optických signálů. V průběhu experimentu vědci prokázali, že se jim podařilo uvést spin atomu erbia do kontrolované superpozice, což je pro fungování kubitu kriticky důležité. Vzhledem k tomu, že spinový stav ovlivňuje vlnovou délku světla vyzařovaného atomem, mohli vědci číst kvantové stavy kubitu pomocí standardních metod.

Dvě hlavní výhody při meziměstských cestách

Lia Weissová, jedna z autorek článku a výzkumná pracovnice Pritzkerovy školy molekulární inženýrství Chicagské univerzity, uvedla v tiskové zprávě: „Tyto molekuly mohou sloužit jako nano-most mezi světem magnetismu a světem optiky. Informace lze zakódovat do magnetického stavu molekuly a poté k ní získat přístup pomocí světla na vlnových délkách kompatibilních s pokročilými technologiemi, které jsou základem optických sítí a křemíkových fotonických obvodů.“ Práce na telekomunikačních vlnových délkách přináší dvě důležité výhody pro budoucnost internetu .

Tento objev může být klíčem k budoucnosti vědy.

První výhodou je, že signály mohou být přenášeny na velké vzdálenosti s minimálními ztrátami, což je kriticky důležité pro přenos kvantových dat přes optické sítě. Druhou výhodou je, že světlo na vlnových délkách optického vlákna snadno prochází křemíkem . V opačném případě by veškerá data zakódovaná v optickém signálu byla pohlcena a ztracena. Vědci tvrdí, že vzhledem k tomu, že optický signál může procházet křemíkem k detektorům nebo jiným fotonovým komponentům zabudovaným do něj, je erbium kubit ideální pro hardwarové vybavení založené na čipech.

Avshalom dále vysvětlil, že další výhodou je měřítko. Každý kubit se skládá z jedné molekuly, která je přibližně 100 000krát tenčí než lidský vlas. Díky možnosti přizpůsobení struktury molekulárních kubitů pomocí syntetické chemie jsou schopny se integrovat do prostředí, která jsou pro jiné nedostupná. Taková úroveň kontroly může pomoci vyřešit jeden z nejobtížnějších inženýrských úkolů v oblasti kvantových výpočtů: zajistit kvantovou kompatibilitu přímo se stávajícími technologiemi a posunout vědu na novou úroveň.