Významný krok k vytvoření funkčního kvantového internetu byl učiněn s vývojem nového molekulárního qubitu schopného přenášet kvantové informace přes existující sítě optických vláken. Výzkumníci vyvinuli qubit založený na prvku vzácných zemin erbium, který využívá jeho jedinečné optické a magnetické vlastnosti k překlenutí propasti mezi kvantovými výpočty a tradiční telekomunikační infrastrukturou.
Problém kvantového přenosu dat
Současná omezení v kvantové komunikaci pramení z křehkosti qubitů a obtížnosti přenosu jejich jemných kvantových stavů na velké vzdálenosti. Na rozdíl od klasických bitů, které jsou stabilní jako binární 1 nebo 0, qubity existují v superpozici stavů, které představují více hodnot současně. Tato vlastnost, i když je výkonná pro výpočty, je činí náchylnými k dekoherenci nebo ztrátě kvantové informace během přenosu. Aby to vědci překonali, prozkoumali různé qubitové technologie, včetně supravodivých obvodů, zachycených iontů a fotonů. Nový erbium qubit je hybridní přístup, který kombinuje stabilitu spinových qubitů s přenosovými schopnostmi fotonických qubitů.
Erbium: Univerzální kvantový blok
Nový qubit využívá schopnosti atomu erbia ukládat kvantové informace magneticky a zároveň je číst opticky. Tato dvojí funkčnost je kritická: magnetický spin kóduje hodnotu qubitu a optické vlastnosti jej umožňují číst pomocí standardních spektroskopických technik. Výhodou použití erbia je jeho kompatibilita s telekomunikačními vlnovými délkami, standardními frekvencemi používanými v sítích optických vláken.
„Tyto molekuly by mohly fungovat jako most v nanoměřítku mezi světem magnetismu a světem optiky,“ vysvětluje Leah Weiss, spoluautorka studie. “Informace mohou být zakódovány v magnetickém stavu molekuly a poté zpřístupněny pomocí světla na vlnových délkách kompatibilních s dobře vyvinutými technologiemi, které jsou základem sítí optických vláken a křemíkových fotonických obvodů.”
Škálování kvantových sítí
Schopnost pracovat na telekomunikačních vlnových délkách řeší dva klíčové problémy: minimální ztráty signálu na dlouhé vzdálenosti a bezproblémovou integraci s křemíkovými čipy. Křemík je pro tyto frekvence transparentní a umožňuje průchod optických signálů bez absorpce. To znamená, že kvantová data lze zabudovat do stávajícího hardwaru a připravit tak cestu pro kompaktnější zařízení.
Molekulární struktura qubitu, která je asi 100 000krát menší než lidský vlas, také umožňuje přesné ovládání a škálovatelnost. Výzkumníci mohou vyladit vlastnosti qubitu pomocí syntetické chemie, díky čemuž se přizpůsobí zařízením v pevné fázi a dokonce i biologickým prostředím.
Budoucí důsledky
Tento průlom představuje velký krok vpřed v kvantových sítích. Schopnost přímo integrovat kvantové technologie do stávající infrastruktury by mohla urychlit vývoj ultrabezpečných komunikačních spojení a kvantových počítačových sítí dlouhého dosahu. Podle Davida Avshaloma, hlavního řešitele projektu, „Prokázáním všestrannosti těchto erbiových molekulárních qubitů děláme další krok směrem ke škálovatelným kvantovým sítím, které lze přímo připojit k moderní optické infrastruktuře.“
Vývoj tohoto nového qubitu přibližuje sen o plně funkčním kvantovém internetu realitě a slibuje budoucnost, ve které bezpečná kvantová komunikace na velké vzdálenosti již není teoretickou možností, ale praktickou možností.
