Σημαντική πρόοδος σημειώνεται στον τομέα της κβαντικής τεχνολογίας από ομάδα επιστημόνων του University of British Columbia, οι οποίοι ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή συσκευή που λειτουργεί ως «καθολικός μεταφραστής» μεταξύ διαφορετικών κβαντικών υπολογιστών. Πρόκειται για ένα τσιπ που μετατρέπει τα ευαίσθητα μικροκυματικά σήματα σε οπτικά και το αντίστροφο, με ελάχιστες απώλειες και θόρυβο, ενώ διατηρεί άθικτη την κβαντική διεμπλοκή – τη θεμελιώδη βάση της κβαντικής πληροφορικής – και έχει τη δυνατότητα να λειτουργεί αμφίδρομα. Αν η τεχνολογία αυτή υλοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα, θα μπορούσε να αποτελέσει τη ραχοκοκαλιά ενός μελλοντικού παγκόσμιου κβαντικού διαδικτύου.
Η νέα συσκευή ενσωματώνεται σε έναν μικροσκοπικό επεξεργαστή πυριτίου, το οποίο αξιοποιεί σκόπιμα «ελαττώματα» στην κρυσταλλική δομή του υλικού, σε συνδυασμό με υπεραγώγιμα εξαρτήματα. Αυτά τα τεχνητά δημιουργημένα μαγνητικά σφάλματα στον πυρίτιο δρουν ως ελεγχόμενα σημεία μετατροπής, επιτρέποντας την ανταλλαγή σήματος μεταξύ των δύο μορφών – μικροκυματικών και οπτικών – χωρίς απορρόφηση ενέργειας. Αυτή η μέθοδος αποφεύγει τις ασταθείς μετατροπές που χαρακτηρίζουν άλλες τεχνολογικές προσεγγίσεις, διασφαλίζοντας σταθερότητα και εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας – της τάξης των μικροβάτ.
Η ανάγκη για μια τέτοια λύση είναι επιτακτική. Οι κβαντικοί υπολογιστές σήμερα επεξεργάζονται πληροφορίες σε μορφή μικροκυματικών σημάτων. Ωστόσο, τα σήματα αυτά δεν μπορούν να ταξιδέψουν σε μεγάλες αποστάσεις μέσω των υφιστάμενων οπτικών υποδομών. Για να δημιουργηθεί ένα κβαντικό δίκτυο – το αντίστοιχο του σύγχρονου διαδικτύου, αλλά για κβαντικά δεδομένα – απαιτείται μετατροπή αυτών των σημάτων σε οπτική μορφή που μπορεί να διακινηθεί μέσω οπτικών ινών. Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η μετατροπή είναι εξαιρετικά δύσκολη, καθώς τα κβαντικά σήματα είναι πολύ ευαίσθητα και ακόμη και ελάχιστες παρεμβολές μπορεί να διακόψουν την κβαντική διεμπλοκή.
Ο Mohammad Khalifa, κύριος συγγραφέας της μελέτης που εκπονήθηκε κατά τη διάρκεια του διδακτορικού του στο UBC Blusson Quantum Matter Institute, παρομοιάζει τη συσκευή με έναν τέλειο μεταφραστή: «Σαν να βρήκαμε κάποιον που μεταφράζει σχεδόν κάθε λέξη σωστά, χωρίς να αλλοιώνει το νόημα και χωρίς να προσθέτει περιττό θόρυβο». Το σημαντικότερο, όπως σημειώνει, είναι πως η μετάφραση διατηρεί την κβαντική σύνδεση των σωματιδίων σε απόσταση. Χωρίς αυτή τη δυνατότητα, κάθε κβαντικός υπολογιστής λειτουργεί απομονωμένα, ενώ με αυτήν, δημιουργείται ένα αληθινό δίκτυο.
Το υπό ανάπτυξη μοντέλο βασίζεται σε μικροσκοπικούς μετατροπείς φωτονίων που μπορούν να κατασκευαστούν πάνω σε λεπτές στρώσεις πυριτίου, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ημιαγωγών. Έτσι, η τεχνολογία είναι θεωρητικά έτοιμη να αξιοποιηθεί στις υπάρχουσες γραμμές παραγωγής μικροτσίπ, χωρίς να απαιτούνται επαναστατικές αλλαγές στη βιομηχανική διαδικασία.
Ο Dr. Joseph Salfi, επίκουρος καθηγητής στο τμήμα ηλεκτρολόγων μηχανικών και υπολογιστών και επικεφαλής της ομάδας στο UBC Blusson QMI, εξηγεί πως παρόλο που η λύση βρίσκεται ακόμη σε θεωρητικό στάδιο, πρόκειται για ένα μεγάλο βήμα προς την υλοποίηση αξιόπιστων κβαντικών δικτύων. Όπως δηλώνει, «δεν θα έχουμε κβαντικό ίντερνετ αύριο, αλλά ξεπεράσαμε ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια. Η προσέγγισή μας βασίζεται στο πυρίτιο, ένα υλικό που ήδη χρησιμοποιείται σε τεράστια κλίμακα, και μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί στην υπάρχουσα υποδομή επικοινωνιών».
Αν η τεχνολογία αυτή περάσει στη φάση της πρακτικής εφαρμογής, τα οφέλη θα είναι καθοριστικά: σχεδόν άθραυστη ασφάλεια στις online επικοινωνίες, συστήματα πλοήγησης ακριβείας που λειτουργούν ακόμη και σε εσωτερικούς χώρους, δυνατότητες για ταχύτερη ανακάλυψη φαρμάκων, και προβλέψεις καιρού με ακρίβεια που ξεπερνά τις σημερινές δυνατότητες. Το βασικό πλεονέκτημα όμως παραμένει η δυνατότητα διατήρησης της κβαντικής συνέχειας μεταξύ συστημάτων σε απόσταση – κάτι που αποτελεί προϋπόθεση για την ανάπτυξη του επόμενου μεγάλου βήματος στην επιστήμη των υπολογιστών.
[via]
