Niewiele jest tak egzotycznych dziedzin nauki, jak fizyka kwantowa. Niemniej, efekty kwantowe wykorzystują urządzenia z naszego bezpośredniego otoczenia – telefony czy nawigacja satelitarna. Inżynierom marzy się użycie fizyki kwantowej do dokonania rewolucji w komunikacji.
”Nature” opisało wyniki chińskich uczonych, którym udało się splątać dwie chmury pamięci kwantowych na odległości 22 i 50 km (pod ziemią oraz w laboratorium). Skok jakościowy spory, bo Pan Jian-We, Zhang Qiang oraz Bao Xiaohui z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC) w Pekinie pokazali wcześniej podobny most długości 1,3 km.
Chińscy badacze są zdania, że jesteśmy coraz bliżej budowy prototypu sieci kwantowej, nowej, bezpieczniejszej wersji internetu. Potencjalnie już niedługo będzie można łączyć tak miasta. Według Pan Jian-We ”prawdziwa kwantowa sieć” powstanie najwcześniej za 10 lat.
Czym jest pamięć kwantowa? Przypomina pod pewnym względem klasyczną pamięć komputera. W tym sensie komputer kwantowy nie będzie działał bez pamięci kwantowej.
Informacje (kubity) w tym typie pamięci przechowuje się w komorze próżniowej na 100 mln ultrazimnych atomach rubidu. Kubity wyróżnia to, że mogą istnieć jednocześnie w wielu stanach kwantowych (superpozycjach). Pozwala to na wykonywanie wielu złożonych obliczeń jednocześnie. Siłą komputerów opartych na mechanice kwantowej jest prędkość działania.
A splątanie? Jeżeli jeden zestaw pamięci kwantowej splączemy z innym, stan pierwszej będzie współdzielony z drugą. Uzyskanie tego powiązania jest jednak niezwykle trudne. Chodzi o to, że jeżeli cząstki są zbyt blisko siebie, zaczynają na siebie wpływać.
Gdy je rozdzielić, zmiany dokonywane na jednej dają efekt w postaci natychmiastowej zmiany w drugiej. Dlatego Einstein nazywał to zjawisko upiornym. W końcu, jeżeli nic ich nie łączy, dlaczego jedno się zmienia gdy wpłyniemy na drugie?
Teoria mechaniki kwantowej nie należy do najprostszych zagadnień, z którymi przeciętny człowiek może się zetknąć (raczej jest na końcu takiej listy). Niemniej eksperyment przeprowadzony w Chinach można opisać w dość prosty sposób.
Zaczyna się od dwóch identycznych stacji nadawczych w jednym laboratorium. W każdej z tych stacji znajduje się wspomniana chmura atomów rubidu. Każdą traktuje się światłem lasera. Uzyskane w ten sposób fotony mają polaryzację skręcającą zgodnie ze wskazówkami zegara, lub odwrotnie do ich biegu.
Owe fotony, splątane już ze stanem wewnątrz właściwej im chmurze atomów, przesyłane są dwom równoległymi światłowodami do trzeciej stacji w innym laboratorium kilkanaście kilometrów dalej. Tam fotony wchodzą ze sobą w reakcję, automatycznie przekazując sobie oryginalne splątania do przeciwległych chmur atomów rubidu. Naukowcy korzystają tu ze zjawiska w mechanice kwantowej, że fakt dokonania pomiaru wpływa na mierzony obiekt.
– W docelowym laboratorium fizycy dokonują pomiaru polaryzacji fotonów. Choć są one w tym procesie ”konsumowane”, to też z 25 proc. prawdopodobieństwem wprowadza je w określony stan splątania. W czasie eksperymentu wykonanie pomiaru natychmiast przesyłało splątanie do chmury atomów. Testu dokonano na podziemnym łączu o długości 22 km a powtórzono na szpulach światłowodu długości 50 km – wyjaśnia Science Mag.
Fizycy chcieliby budować sieci w oparciu o serię wzmacniających sygnał przekaźników. Łączyłyby one podobne zestawy nadajników, jak te użyte w chińskim eksperymencie rozciągając łącze. Obecnie jednym z większych problemów jest niezdolność do utrzymania stanów kwantowych w chmurach rubidu wystarczająco długo, żeby taki teoretyczny zestaw z przekaźnikiem mógł zadziałać.