Η κβαντική δικτύωση παραμένει ένα από τα πιο φιλόδοξα στοιχήματα της σύγχρονης φυσικής, επειδή υπόσχεται επικοινωνίες με πολύ υψηλή ασφάλεια και νέα αρχιτεκτονική διασύνδεσης ανάμεσα σε μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές. Σύμφωνα με το Phys.org, ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Xi-Yu Luo στο University of Science and Technology of China, στο Hefei, πέτυχε κάτι που μέχρι πρόσφατα έμοιαζε πολύ μακρινό: κβαντική διεμπλοκή δύο κβαντικών μνημών σε απόσταση 420 χιλιομέτρων οπτικής ίνας.
Το επίτευγμα ξεχωρίζει γιατί δεν αφορά απλώς ένα ακόμη ρεκόρ απόστασης. Το δημοσίευμα σημειώνει ότι πρόκειται για απόσταση μεγαλύτερη από τέσσερις φορές το προηγούμενο ρεκόρ για κβαντικές μνήμες, ενώ το αποτέλεσμα δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters. Για όσους παρακολουθούν το πεδίο, αυτό έχει σημασία επειδή φέρνει πιο κοντά την ιδέα ενός λειτουργικού quantum internet που δεν θα μένει μόνο σε μικρές εργαστηριακές επιδείξεις.
Γιατί η απόσταση αυτή είναι τόσο δύσκολη
Η μεγάλη δυσκολία στις οπτικές ίνες είναι ότι το σήμα εξασθενεί όσο μεγαλώνει η απόσταση. Το Phys.org υπενθυμίζει ότι κάθε χιλιόμετρο απορροφά ένα μέρος των φωτονίων και αυτή η απώλεια συσσωρεύεται εκθετικά, κάτι που κάνει ένα πολύ μακρινό κβαντικό ταξίδι εξαιρετικά εύθραυστο.
Γι’ αυτό και, παρότι διεμπλεγμένα φωτόνια έχουν διατηρήσει την κβαντική πληροφορία τους μέχρι τα 404 χιλιόμετρα μέσα σε ίνα, η αποθήκευση της διεμπλοκής σε κβαντικές μνήμες σε μεγάλες αποστάσεις ήταν πολύ πιο δύσκολη υπόθεση. Εκεί βρίσκεται και η ουσία της νέας επίδειξης.
Πώς λειτούργησε η προσέγγιση
Η ομάδα ακολούθησε το σχήμα Duan-Lukin-Cirac-Zoller. Αντί να προσπαθήσει να στείλει ένα εύθραυστο ζεύγος διεμπλεγμένων φωτονίων και στα δύο άκρα της σύνδεσης, τοποθέτησε σε κάθε άκρο ένα νέφος ατόμων ψυχόμενο σε ακραία χαμηλές θερμοκρασίες, ώστε κάθε πλευρά να μπορεί να εκπέμπει ένα μόνο φωτόνιο που μεταφέρει ίχνος της κβαντικής κατάστασής της.
Έπειτα, μόνο ένα από τα φωτόνια χρειάζεται να κάνει το μεγάλο ταξίδι μέχρι ένα ενδιάμεσο σημείο συνάντησης, όπου συγκρίνεται με το αντίστοιχό του. Αν αυτή η σύγκριση πετύχει, τότε επιβεβαιώνεται ότι τα δύο νέφη ατόμων έχουν διεμπλακεί, παρότι δεν ήρθαν ποτέ σε άμεση επαφή μεταξύ τους.
Οι τεχνικές παρεμβάσεις που έκαναν τη διαφορά
Σύμφωνα με το Phys.org, οι ερευνητές μετέτρεψαν τα φωτόνια των ατόμων σε μήκη κύματος τηλεπικοινωνιακού τύπου, τα οποία ταξιδεύουν με σαφώς μικρότερες απώλειες μέσα στις οπτικές ίνες. Παράλληλα, κατασκεύασαν σύστημα σταθεροποίησης για να αντισταθμίζουν μικροδονήσεις και μεταβολές θερμοκρασίας που διαφορετικά θα κατέστρεφαν τον εξαιρετικά ακριβή χρονισμό που απαιτείται.
Με αυτές τις βελτιώσεις, επιβεβαίωσαν διεμπλοκή ανάμεσα σε δύο νέφη ατόμων που χωρίζονταν από ίνα μήκους περίπου 420 χιλιομέτρων, δηλαδή 261 μιλίων. Το ίδιο δημοσίευμα προσθέτει ότι πέρα από τα 320 χιλιόμετρα η μέθοδός τους ξεπέρασε το καλύτερο θεωρητικό όριο για άμεση μετάδοση διεμπλοκής μέσω ίνας χωρίς χρήση μνήμης.
Τι αλλάζει για το κβαντικό διαδίκτυο
Το κεντρικό συμπέρασμα του άρθρου είναι ότι αυτή είναι η πρώτη επίδειξη πως δίκτυα κβαντικών μνημών μπορούν πράγματι να αποδώσουν καλύτερα από την απευθείας μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό δεν σημαίνει ότι βρισκόμαστε έτοιμοι για εμπορικό quantum internet, αλλά δείχνει πιο καθαρά ποια αρχιτεκτονική έχει ρεαλιστικές πιθανότητες να κλιμακωθεί.
Η πρακτική σημασία είναι διπλή. Από τη μία, ανοίγει ο δρόμος για πιο ανθεκτικές διασυνδέσεις ανάμεσα σε κβαντικούς υπολογιστές σε μεγάλες αποστάσεις. Από την άλλη, ενισχύεται η προοπτική για επικοινωνιακά δίκτυα με πολύ ισχυρές εγγυήσεις ασφάλειας σε κλίμακα ολόκληρων χωρών, εφόσον ξεπεραστούν και τα υπόλοιπα μηχανικά και επιχειρησιακά εμπόδια.