Zespół z University of New South Wales po raz pierwszy uzyskał splątanie kwantowe pomiędzy atomami oddalonymi o 20 nanometrów, wykorzystując przy tym krzem — dokładnie ten sam materiał, z którego produkowane są procesory w naszych smartfonach. Badacze osiągnęli to poprzez innowacyjne wykorzystanie elektronów jako pośredników w komunikacji między jądrami atomowymi.
Elektrony okazały się idealnymi mediatorami dzięki swojej niezwykłej zdolności do „rozprzestrzeniania się” w przestrzeni i jednoczesnego oddziaływania z wieloma jądrami. Ta właściwość pozwala im pełnić funkcję swoistych kwantowych telefonów, umożliwiając komunikację między atomami, które dotychczas były zbyt odległe, by efektywnie ze sobą współpracować. Każdy atom wiąże oddzielne elektrony, których oddziaływanie pośredniczy w operacjach kwantowych między jądrami atomów fosforu.
Choć 20 nanometrów to zaledwie jedna tysięczna szerokości ludzkiego włosa, w skali atomowej stanowi to imponujący dystans. Dla porównania — gdyby każde jądro powiększyć do rozmiarów człowieka, odległość między nimi odpowiadałaby mniej więcej trasie pomiędzy Sydney a Bostonem. Co ciekawe, jest to dokładnie ta sama skala, w której produkowane są współczesne krzemowe procesory, co otwiera drogę do wykorzystania istniejącej infrastruktury produkcyjnej.
Czytaj także: Fizycy odwrócili splątanie kwantowe! To nigdy nie miało się wydarzyć
Badacze zanotowali wierność kwantową na poziomie 76%, co potwierdza rzeczywiste splątanie między atomami. To znaczący krok naprzód, choć wciąż daleki od perfekcji wymaganej w praktycznych zastosowaniach. Wcześniejsze osiągnięcia tego samego zespołu obejmują przechowywanie informacji kwantowych przez ponad 30 sekund – co w świecie kwantowym stanowi niemal wieczność — oraz wykonywanie operacji z błędem poniżej 1%.
Nowa metoda charakteryzuje się dobrą skalowalnością. Naukowcy mogą dodawać więcej elektronów i kształtować je w wydłużone struktury, co pozwala na dalsze rozprzestrzenianie jąder atomowych. Elektrony są stosunkowo łatwe do przemieszczania i formowania w różne kształty, co umożliwia szybkie oraz precyzyjne włączanie i wyłączanie połączeń między atomami.
Ta technologia może potencjalnie wykorzystać istniejące procesy produkcyjne przemysłu półprzewodnikowego, co stanowiłoby ogromną przewagę nad rozwiązaniami wymagającymi całkowicie nowej infrastruktury. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym periodyku Science, co potwierdza ich naukową wartość. Projekt powstał we współpracy z University of Melbourne oraz Keio University w Japonii.
Australijskie osiągnięcie sugeruje, że praktyczne komputery kwantowe mogą być bliżej, niż się wydaje. Wykorzystanie krzemu — materiału, który już raz zrewolucjonizował elektronikę — może otworzyć drogę do kolejnego technologicznego przełomu, choć na ostateczny sukces przyjdzie nam pewnie jeszcze poczekać.