Значний крок у напрямку створення функціонального квантового Інтернету був зроблений завдяки розробці нового молекулярного кубіта, здатного передавати квантову інформацію через існуючі оптоволоконні мережі. Дослідники розробили кубіт на основі рідкоземельного елемента ербію, використовуючи його унікальні оптичні та магнітні властивості, щоб подолати розрив між квантовими обчисленнями та традиційною телекомунікаційною інфраструктурою.
Проблема квантової передачі даних
Поточні обмеження в квантових комунікаціях виникають через крихкість кубітів і труднощі передачі їх делікатних квантових станів на великі відстані. На відміну від класичних бітів, які стабільні як двійкові 1 або 0, кубіти існують у суперпозиції станів, що представляють кілька значень одночасно. Ця властивість, хоч і потужна для обчислень, робить їх чутливими до декогерентності або втрати квантової інформації під час передачі. Щоб подолати це, вчені досліджували різні технології кубітів, включаючи надпровідні схеми, захоплені іони та фотони. Новий ербієвий кубіт — це гібридний підхід, який поєднує стабільність спінових кубітів із можливостями передачі фотонних кубітів.
Ербій: універсальний квантовий блок
Новий кубіт використовує здатність атома ербію зберігати квантову інформацію магнітно, зчитуючи її оптично. Ця подвійна функція має вирішальне значення: магнітне обертання кодує значення кубіта, а оптичні властивості дозволяють зчитувати його за допомогою стандартних спектроскопічних методів. Перевагою використання ербію є його сумісність із телекомунікаційними довжинами хвиль, стандартними частотами, які використовуються в оптоволоконних мережах.
«Ці молекули можуть діяти як нанорозмірний міст між світом магнетизму та світом оптики», — пояснює Лія Вайс, співавтор дослідження. «Інформацію можна закодувати в магнітному стані молекули, а потім отримати доступ за допомогою світла з довжинами хвиль, сумісними з добре розробленими технологіями, що лежать в основі оптоволоконних мереж і кремнієвих фотонних схем».
Масштабування квантових мереж
Здатність працювати на телекомунікаційних хвилях вирішує дві ключові проблеми: мінімальні втрати сигналу на великих відстанях і бездоганну інтеграцію з кремнієвими мікросхемами. Кремній прозорий для цих частот, що дозволяє оптичним сигналам проходити без поглинання. Це означає, що квантові дані можуть бути вбудовані в існуюче обладнання, прокладаючи шлях для більш компактних пристроїв.
Молекулярна структура кубіта, який приблизно в 100 000 разів менший за людську волосину, також забезпечує точний контроль і масштабованість. Дослідники можуть налаштовувати властивості кубіта за допомогою синтетичної хімії, роблячи його адаптованим до твердотільних пристроїв і навіть біологічних середовищ.
Майбутні наслідки
Цей прорив є великим кроком вперед у квантових мережах. Здатність безпосередньо інтегрувати квантові технології в існуючу інфраструктуру може прискорити розвиток надзахищених каналів зв’язку та квантових комп’ютерних мереж дальньої дії. За словами Девіда Авшалома, головного дослідника проекту, «демонструючи універсальність цих молекулярних кубітів ербію, ми робимо ще один крок до масштабованих квантових мереж, які можна підключити безпосередньо до сучасної оптичної інфраструктури».
Розробка цього нового кубіта наближає мрію про повнофункціональний квантовий Інтернет до реальності, обіцяючи майбутнє, в якому безпечний квантовий зв’язок на великих відстанях буде вже не теоретичною, а практичною можливістю.
