Κβαντικό Internet: Νέο επίτευγμα επεκτείνει τη σύνδεση έως και κατά 2.000 χιλιόμετρα

Μια ερευνητική ομάδα από το University of Chicago ανακοίνωσε ότι κατάφερε να επιτύχει επικοινωνία μεταξύ δύο κβαντικών υπολογιστών σε απόσταση ρεκόρ έως και 2.000 χιλιομέτρων. Το αποτέλεσμα υπερβαίνει κατά περισσότερο από 200 φορές τα προηγούμενα τεχνικά όρια, τα οποία μέχρι πρόσφατα δεν ξεπερνούσαν μερικά χιλιόμετρα.

Η πρόοδος αυτή δεν προήλθε από την ανακάλυψη κάποιου νέου υλικού, αλλά από έναν διαφορετικό τρόπο κατασκευής των κβαντικών στοιχείων. Οι ερευνητές δημιούργησαν κρυστάλλους εμπλουτισμένους με σπάνιες γαίες (θεμελιώδη συστατικά για τη μετάδοση κβαντικών δεδομένων) χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται επιταξία μοριακής δέσμης (MBE). Σε αντίθεση με τη συμβατική μέθοδο Czochralski, που απαιτεί την τήξη υλικών σε θερμοκρασίες άνω των 2.000°C για τη δημιουργία ενός ενιαίου κρυστάλλου, η MBE επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της διάταξης των ατόμων, τοποθετώντας τα ουσιαστικά «ένα προς ένα». Το αποτέλεσμα είναι μια πιο καθαρή, ομοιόμορφη και σταθερή δομή, κάτι καθοριστικό για τη σταθερότητα των κβαντικών ιδιοτήτων.

Η σημαντικότερη επίδοση του πειράματος αφορά τον χρόνο κβαντικής συνοχής, δηλαδή τη διάρκεια κατά την οποία τα «συμπλεγμένα» άτομα (entangled) παραμένουν συνδεδεμένα μεταξύ τους στο υποατομικό επίπεδο. Οι ερευνητές κατάφεραν να επεκτείνουν αυτό το διάστημα από μόλις 0,1 χιλιοστό του δευτερολέπτου σε πάνω από 10 χιλιοστά, με κορυφαίες τιμές που έφτασαν τα 24 χιλιοστά. Με απλά λόγια, κατάφεραν να διατηρήσουν την κβαντική κατάσταση σταθερή για χρονικό διάστημα εκατοντάδες φορές μεγαλύτερο από ό,τι ήταν μέχρι σήμερα εφικτό. Αυτή η «ανθεκτικότητα» επιτρέπει τη μετάδοση κβαντικών δεδομένων μέσω οπτικών ινών σε αποστάσεις χιλιομέτρων, καθιστώντας εφικτές τις συνδέσεις μεταξύ εργαστηρίων όχι μόνο σε διαφορετικές πόλεις, αλλά και σε διαφορετικές πολιτείες.

Για να αποτυπώσουν την κλίμακα της ανακάλυψης, οι ερευνητές έκαναν μια πρακτική σύγκριση: με τις σημερινές τεχνολογίες, δύο κβαντικοί υπολογιστές που βρίσκονται ανάμεσα στο νότιο campus του University of Chicago και τον ουρανοξύστη Willis Tower στο κέντρο της πόλης δεν θα μπορούσαν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους. Με τη νέα μέθοδο, όμως, η ίδια υπολογιστική μονάδα θα μπορούσε να «μιλήσει» με έναν άλλο υπολογιστή που βρίσκεται πάνω από 2.000 χιλιόμετρα μακριά για παράδειγμα, στο Salt Lake City της Utah.

Ο απώτερος στόχος είναι η δημιουργία ενός παγκόσμιου δικτύου βασισμένου σε οπτικές ίνες και κβαντικούς κόμβους μνήμης, ικανού να παρέχει επικοινωνίες απολύτως ασφαλείς και πρακτικά αδύνατες να υποκλαπούν. Όπως εξηγεί ο Tian Zhong, επικεφαλής της μελέτης, «είναι η πρώτη φορά που η τεχνολογία για ένα κβαντικό Διαδίκτυο σε παγκόσμια κλίμακα είναι πραγματικά εφικτή».

Η ομάδα υποστηρίζει ότι η μέθοδος μπορεί να ενσωματωθεί σχετικά εύκολα στις υπάρχουσες τηλεπικοινωνιακές υποδομές, καθώς οι νέοι κρύσταλλοι παρουσιάζουν εξαιρετική οπτική καθαρότητα και συμβατότητα με τα μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται ήδη στα δίκτυα οπτικών ινών. Με τη δυνατότητα ακριβούς τοποθέτησης των ατόμων του ερβίου (ενός σπάνιου στοιχείου κλειδί για τη μετάδοση φωτονίων) οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν «κβαντικά πακέτα» δεδομένων που μπορούν να ταξιδεύουν μέσα από τις ίδιες ίνες που σήμερα χρησιμοποιεί το συμβατικό Διαδίκτυο.

Αυτό σημαίνει ότι η τεχνολογία δεν περιορίζεται στα εργαστήρια φυσικής, αλλά μπορεί να αξιοποιηθεί σε δίκτυα πόλεων, ερευνητικά ιδρύματα και, σε επόμενο στάδιο, σε διακρατικές υποδομές. Οι επιστήμονες βλέπουν στο επίτευγμα αυτό το πρώτο πρακτικό βήμα προς ένα «κβαντικό internet» ικανό να συνδέσει κβαντικούς υπολογιστές, αισθητήρες και συστήματα ασφαλούς επικοινωνίας σε παγκόσμια κλίμακα.

Το επόμενο στάδιο, όπως αναφέρει η ομάδα, θα είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος που μπορεί να συνδυάζει δεκάδες τέτοιους κβαντικούς κόμβους, διατηρώντας τη συνοχή των φωτονίων για ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις.

[source]