Caltech predstavuje multiplexované previazanie pre kvantové siete

Kvantové siete sú jednou z najsľubnejších technológií budúcnosti, ktorá by mohla úplne zmeniť spôsob, akým vymieňame informácie. Nedávny výskum na Caltechu však ukázal, že existujúce kvantové siete majú svoje limity, najmä pokiaľ ide o rýchlosť a spoľahlivosť previazania častíc. Tím vedcov prišiel s revolučným riešením - multiplexované previazanie, ktoré by mohlo tieto problémy vyriešiť.

Čo je previazanie v kvantových sieťach?

Previazanie (anglicky entanglement) je fenomén, keď dve alebo viac častíc zdieľajú kvantový stav, bez ohľadu na to, ako ďaleko od seba sú. Tento jav je kľúčový pre kvantovú komunikáciu, pretože umožňuje vytvárať bezpečné kvantové kľúče a vykonávať ultra-presné merania. Problém však nastáva, keď sa snažíme previazanie distribuovať medzi vzdialenými uzlami. Kvantová informácia sa šíri pomocou fotónov, čo obmedzuje rýchlosť komunikácie.

Multiplexovanie ako riešenie

V klasickej komunikácii sa multiplexovanie používa na prenos viacerých signálov súčasne cez jeden kanál, čím sa zvyšuje celková šírka pásma. Tento koncept je možné aplikovať aj na kvantové siete. Namiesto toho, aby každý uzol obsahoval iba jeden qubit (kvantový bit), môže ich obsahovať viac, a všetky môžu byť previazané súčasne.

Výskumníci z Caltechu použili ytterbium ionty umiestnené v nanofotonických dutinách, ktoré umožňujú viacerým qubitom emitovať a prijímať previazané fotóny súčasne. Kľúčovou inováciou je kvantový feed-forward protokol, ktorý kompenzuje frekvenčné odchýlky medzi rôznymi atómami, čím zaisťuje stabilné previazanie aj pri optických fluktuáciách.

Prečo je to dôležité?

• Zvýšenie rýchlosti: Multiplexovanie umožňuje previazanie viacerých qubitov súčasne, čo výrazne zvyšuje rýchlosť kvantovej komunikácie.
• Spolohlivosť: Ak jeden qubit zlyhá, ostatní môžu pokračovať v previazaní, čo znižuje riziko prerušenia komunikácie.
• Škálovateľnosť: Tento prístup otvára dvere k vytvoreniu globálnej kvantovej siete, ktorá by mohla spojiť kvantové počítače po celom svete.

Budúcnosť kvantových sietí

Hoci je tento výskum významným krokom vpred, stále existujú výzvy, ktoré treba prekonať. Jednou z nich je fotónová strata na dlhé vzdialenosti. K jej riešeniu budú potrebné kvantové repeatery, ktoré dokážu opraviť straty fotónov. Avšak, multiplexované previazanie je kľúčovým krokom k vytvoreniu škálovateľných a spoľahlivých kvantových sietí.

Záver

Výskum na Caltechu ukazuje, že multiplexované previazanie by mohlo byť kľúčom k budovaniu rýchlejších a spoľahlivejších kvantových sietí. Tento prístup nielen zvyšuje rýchlosť komunikácie, ale taktiež zlepšuje odolnosť siete voči chybám. S ďalším vývojom by sme sa mohli dočkať globálnej kvantovej internetovej infraštruktúry, ktorá by zmenila spôsob, akým komunikujeme a zdieľame informácie.

Tagy: kvantové siete, previazanie, multiplexovanie, caltech, kvantová komunikácia