Jak działa nowa metoda łączenia kubitów
Badacze opracowali technikę splątania każdego z dziesięciu kubitów jonowych z oddzielnymi fotonami. Układ wykorzystuje łańcuch dziesięciu atomów uwięzionych w liniowej pułapce Paula. Każdy jon jest kolejno wprowadzany do specjalnej strefy, gdzie dochodzi do połączenia materii ze światłem. Jak wyjaśniają członkowie zespołu prowadzącego ostatnie eksperymenty, kubity są kodowane w łańcuchu elektrycznie uwięzionych jonów atomowych. Modyfikując napięcia pułapkowania, każdy jon w łańcuchu zostaje sekwencyjnie wprowadzony w strefę interfejsu fotonowego. Efektywność tego procesu sięga 92% wierności stanu Bella pomiędzy jonem a fotonem. To imponujący wynik, choć w praktyce oznacza, że w około 8% przypadków połączenie nie działa idealnie. Dla porównania, kilka lat temu takie parametry były poza zasięgiem nawet najlepszych laboratoriów.
Czytaj też: Przełom w komputerach kwantowych! Kod GKP zmniejsza wymagania sprzętowe
Naukowcy będą oczywiście musieli pokonać kilka poważnych przeszkód, zanim będziemy mogli mówić o faktycznym wdrożeniu nowej strategii. Głównym problemem jest dekoherencja kubitów jonowych, która niszczy delikatne kwantowe połączenia. Czas koherencji wynoszący 5,5 milisekundy to w świecie kwantowym całkiem przyzwoity wynik, ale wciąż stanowiący ograniczenie dla praktycznych zastosowań. Kolejna trudność to precyzyjne pozycjonowanie. Jony muszą być ustawione z dokładnością do 100 nanometrów, co odpowiada mniej niż jednej tysięcznej grubości ludzkiego włosa. Każde, nawet minimalne odchylenie, wpływa negatywnie na jakość splątania. Ciekawostką jest fakt, że jony znajdujące się w centrum łańcucha wykazują efektywność niższą o współczynnik 0,87 w porównaniu do tych na końcach. To trochę jak strzelanie do tarczy: łatwiej trafić z brzegu niż ze środka.
Co to oznacza dla przyszłości?
Aby osiągnąć współczynniki powyżej 99%, potrzebna byłaby precyzja pozycjonowania do zaledwie 10 nanometrów. Technologia umożliwiająca takie dokładności dopiero raczkuje i na jej rozwój przyjdzie nam jeszcze poczekać. Najważniejszym aspektem tego odkrycia jest skalowalność metody. Może być ona rozszerzona na większe rejestry kubitów, co otwiera drogę do budowy potężnych sieci kwantowych. Potencjalne zastosowania są prawdziwie intrygujące. Rozproszone sieci procesorów kwantowych mogłyby połączyć laboratoria na różnych kontynentach, tworząc globalną sieć obliczeniową o mocy przewyższającej dzisiejsze superkomputery. Precyzyjne czujniki kwantowe mogłyby wykrywać fale grawitacyjne lub zmiany pola magnetycznego Ziemi z niespotykaną dotąd dokładnością. Zasięg takich połączeń może sięgać od kilku metrów w zastosowaniach lokalnych do setek kilometrów dzięki konwersji długości fali telekomunikacyjnej.
Czytaj też: Implant czytający Twoje myśli już istnieje. Wystarczy jedno hasło z dziecięcego filmu
Choć osiągnięcie opisane w Physical Review Letters jest niewątpliwie znaczące, to przydałoby się więcej realnych dowodów na jego skuteczność. Technologia kwantowa rozwija się w zawrotnym tempie, lecz wciąż pozostaje domeną wyspecjalizowanych laboratoriów. Przed nami jeszcze wiele wyzwań inżynieryjnych i technicznych, zanim kwantowy internet stanie się dostępny dla szerszego grona użytkowników. Niemniej jednak, każde takie osiągnięcie przybliża nas do przyszłości, w której komunikacja kwantowa będzie standardem, a nie czymś rodem z powieści science fiction. To powolny, a zarazem systematyczny marsz w kierunku technologicznej rewolucji, która zmieni nie tylko sposób przesyłania danych, ale fundamentalnie przekształci nasze rozumienie informacji i komunikacji.