Ένα βήμα πιο κοντά στο κβαντικό διαδίκτυο

Κινέζοι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να επιτύχουν το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής ανάμεσα σε δύο κβαντικές μνήμες που βρίσκονταν σε απόσταση 50 χιλιομέτρων μεταξύ τους, πολύ μεγαλύτερη από ό,τι είχε επιτευχθεί στο παρελθόν.

Δύο νέφη ατόμων που αποθηκεύουν κβαντικές πληροφορίες και αποκαλούνται κβαντικές μνήμες, συνδέθηκαν μεταξύ τους, παρόλο που μεσολαβούσαν δεκάδες χιλιόμετρα. Το επίτευγμα μπορεί να ανοίξει το δρόμο για την υλοποίηση κβαντικής διεμπλοκής μεγάλων αποστάσεων ανάμεσα σε πολλαπλούς κόμβους, κάτι που θα διευκολύνει την ανάπτυξη του κβαντικού διαδικτύου.

Στη μυστηριώδη κβαντική διεμπλοκή δύο σωματίδια ή ομάδες σωματιδίων αλληλεπιδρούν εξ αποστάσεως. Η κβαντική επικοινωνία απαιτεί την μετάδοση σωματιδίων σε κατάσταση κβαντικής διεμπλοκής. Κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες έχει υπάρξει αξιοσημείωτη πρόοδος στην επίτευξη κβαντικής διεμπλοκής, με τη μετάδοση φωτονίων μέσω οπτικών ινών ή δορυφόρων.

Η κβαντική μετάδοση γίνεται μέσω κρυπτογραφημένων καναλιών που είναι ασφαλισμένα από τους νόμους της κβαντικής φυσικής έναντι επίδοξων χάκερ. Όμως οι σημαντικές απώλειες των φωτονίων έχουν περιορίσει έως τώρα την επιτυχία της μετάδοσης.

Επιπλέον, η κβαντική διεμπλοκή ανάμεσα σε κβαντικές μνήμες (το ανάλογο της συμβατικής μνήμης του υπολογιστή) είχε μέχρι σήμερα περιοριστεί σε απόσταση έως 1,3 χιλιομέτρων. Για μεμονωμένα φωτόνια έχει καταστεί εφικτή η κβαντική διεμπλοκή σε αποστάσεις άνω των 1.000 χιλιομέτρων, όμως για κβαντικές μνήμες με πολλά άτομα και πολλές πληροφορίες η κβαντική διεμπλοκή ήταν έως τώρα δύσκολο να ξεπεράσει το ένα χιλιόμετρο.

Αυτή τη φορά, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας στην πόλη Χεφέι, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό “Nature”, δημιούργησαν κβαντικά διεμπλεγμένα άτομα και φωτόνια, τα οποία στη συνέχεια μετέτρεψαν σε συχνότητα κατάλληλη για τις τηλεπικοινωνίες. Με αυτό τον τρόπο, κατάφεραν τη διεμπλοκή μέσω υπόγειου καλωδίου οπτικής ίνας ανάμεσα δύο τηλεπικοινωνιακούς κόμβους σε απόσταση 22 χιλιομέτρων, μια απόσταση που θα μπορούσε να συνδέει δύο πόλεις.

Κάθε κβαντική μνήμη αποτελείτο από περίπου 100 εκατομμύρια υπερβολικά κρύα άτομα ρουβιδίου σε θάλαμο κενού. Η κβαντική κατάσταση καθενός από τα δύο αυτά συστήματα ατόμων ήλθε σε κβαντική διεμπλοκή με ένα φωτόνιο, που στη συνέχεια μεταδόθηκε μέσω της οπτικής ίνας. Σε μια διαφορετική εκδοχή του πειράματος, όπου το καλώδιο οπτικής ίνας δεν ήταν υπόγειο, η διεμπλοκή των κβαντικών μνημών επιτεύχθηκε σε απόσταση 50 χιλιομέτρων.

Όπως ανέφεραν οι Κινέζοι ερευνητές, το πείραμα τους δείχνει ότι η κβαντική διεμπλοκή όχι μόνο φωτονίων, αλλά ατόμων και φωτονίων μαζί, είναι καταλληλότερη για τις κβαντικές τηλεπικοινωνίες σε μεγάλες αποστάσεις. Δήλωσαν αισιόδοξοι ότι σε λίγα χρόνια θα καταστεί εφικτή η δημιουργία κβαντικών αναμεταδοτών και του πρώτου μικρής κλίμακας κβαντικού δικτύου με χρήση κβαντικών μνημών.