Vedci úspešne vyskúšali kvantovú teleportáciu na vzdialenosť 44 km. Experiment je ďalším krôčikom na ceste ku kvantovému internetu. Hoci technológia vyzerá ako ohýbanie reality, skutočne funguje.

Vedci z Kalifornského technologického inštitútu , NASA Jet Propulsion Laboratory a Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) zriadili dve testovacie pracoviská vybavené najmodernejšími kvantovými zariadeniami. Ich cieľom bolo otestovať teleportovanir kvantových informácií na vzdialenosť 44 kilometrov.

Odborná práca "Teleportation Systems Toward a Quantum Internet", publikovaná v časopise PRX Quantum, prvýkrát obsahuje teoretický model tohoto experimentálneho zapojenia. Výsledky výskumu predstavujú dôležitý krok pri budovaní kvantového internetu budúcnosti, ktorý by znamenal prevrat v oblasti zabezpečenej komunikácie, ukladania dát, presného snímania a výpočtovej techniky.

Ďalšie krôčik na dlhej ceste

V kvantovom internete sú informácie uložené v qubit alebo tiež kvantových bitoch, čo je kvantový ekvivalent počítačových bitov. Zatiaľ čo jeden bit môže nadobúdať iba jednu z dvoch hodnôt - 1, alebo 0 - qubit môže okrem hodnôt 0 a 1 nadobúdať aj takzvané "superpozície".

V takom prípade konkrétnu hodnotu nadobudne až v okamihu merania a môže napríklad nadobúdať hodnoty 0 i 1 súčasne. Do určitej miery túto vlastnosť opisuje myšlienkový experiment z roku 1935 známy pod označením Schrödingerova mačka. Informácie v kvantovom internete majú byť prenášané, respektíve teleportovaných na veľké vzdialenosti prostredníctvom kvantového zapletenia či previazanie. To je jav, pri ktorom dve častice vzájomne interagujú, hoci ich od seba oddeľuje obrovská vzdialenosť. Kľúčovým rysom kvantových sietí je ich presnosť čiže kvalita teleportácie, ktorá charakterizuje, nakoľko zodpovedá teleportovaných qubit svojmu originálu. V novej štúdii bola kvantová teleportácia vykonaná s presnosťou viac ako deväťdesiat percent.

"Sme veľmi hrdí na to, že sme dosiahli tento míľnik udržateľných, veľmi výkonných a škálovateľných kvantových teleportačný systémov," hovorí profesorka fyziky a vedúci výskumného programu Maria Spiropulu. "Výsledky budú ďalej vylepšené upgradom systému, ktorého dokončenie očakávame do druhého štvrťroku 2021." Vysoká presnosť je dôležitá najmä pre kvantovej siete určené na pripojenie pokročilých kvantových zariadení.

Okienko do budúcnosti

Merania boli vykonané na skúšobných stanovištiach Kalifornského technologického inštitútu a Fermi National Accelerator Laboratory vybavených teleportačními systémami. Táto jedinečná testovacie sieťové zariadenia využívajú najmodernejšie detektory, ktoré ponúkajú takmer autonómne zber, kontrolu, monitorovanie, synchronizáciu a analýzu.

Teleportačný systémy, ktoré sú kompatibilné s existujúcou telekomunikačnou infraštruktúrou a novo vznikajúcimi zariadeniami pre kvantovej spracovanie a ukladanie dát, predstavujú významný krok smerom k praktickému kvantovému internetu. Siete FQNET a CQNET sa v súčasnej dobe používajú k zlepšeniu presnosti a rýchlosti distribúcie s dôrazom na zložité kvantovej komunikačné protokoly. Siete sú na účely výskumu a vývoja prístupné odborníkom naprieč odbormi. Slúži ako základný kvantovej informatike, tak pre vývoj pokročilých kvantových technológií.

Svetlú budúcnosť tejto technológie predpovedá americký fyzik a súčasný prezident Kalifornského technologického inštitútu Thomas Felix Rosenbaum: "Pôsobivá demonštrácia kvantovej teleportácie v realistických podmienkach realistickými rýchlosťami nás približuje k využívaniu výhod kvantového previazanie v kvantových sieťach."

Základom je teleportácia

Použité teleportačný systémy navrhli, skonštruovali a sprevádzkovali experti v rámci programu Intelligent Quantum Networks and Technologies (IN-Q-NET). Ten sa začal v roku 2017 a podieľa sa na ňom vedci z celej rady inštitúcií a firiem. Kvantová teleportácia je jedným z javov kvantovej fyziky. Ide o prenos stavu medzi časticami na veľké vzdialenosti. Nejedná sa však o transport častíc ako takých - prenáša sa len ich kvantový stav. Častice, medzi ktorými dochádza k prenosu, musí byť kvantovo previazané.

Na projekte pracujú odborníci na fyziku, kvantovú optiku, kvantovú informatiku a z radu ďalších odborov. Spolupracujú na ňom i vedci z iných inštitúcií - napríklad z Univerzity v Calgary, Harvarde či telekomunikačné spoločnosti AT & T.

Úspešné experimenty

V roku 2016 vykonali vedci z NASA Jet Propulsion Laboratory prvé experimenty s kvantovou teleportáciou v metropolitnej optickej káblovej sieti. V spolupráci s Univerzitou v Calgary teleportoval cez optický kábel pod mestom kvantový stav fotónu na vzdialenosť viac ako 6 kilometrov. Jednalo sa o prvý úspešný test uskutočnený v bežnej sieťovej infraštruktúre.

Ďalší z experimentov, ktoré prakticky overil funkčnosť tohto riešenia, prebehol v roku 2017. Čínski fyzici vtedy úspešne preniesli kvantový stav častice zo satelitu do pozemných staníc na vzdialenosť 1200 kilometrov, čím prekonali predchádzajúci svetový rekord.

Vo februári 2020 sa vedci z Argonne National Laboratory v USA a University of Chicago pochválili tým, že úspešne dosiahli kvantového previazanie. Dve častice boli spojené tak, že ich stavy boli rovnaké, hoci je delila vzdialenosť bezmála 84 kilometrov. V tomto smere ide o správanie sa hmoty a energie v najmenšom meradle, ktoré sa zásadne líši od sveta, ktoré môžeme vidieť okolo nás.

Ohýbanie reality? Nie - realita!

Kvantová teleportácia je základný technológií, ktoré z laického pohľadu môže pôsobiť ako ohýbanie reality. Veda za týmito procesmi je komplikovaná a donedávna vlastne neexistovala mimo laboratórne prostredie. Zapletenie či previazanie je ohromujúci koncept, v ktorom môžu byť častice s rôznymi charakteristikami alebo stavy spojené dohromady. To znamená, že keď niečo ovplyvní stav jednej častice, bude mať táto zmena vplyv aj na druhú, hoci tá sa môže nachádzať niekde úplne inde.

Zjednodušene si celý proces môžete predstaviť tak, že máte dva fotóny - hovorme im fotón 1 a fotón 2. Foton 2 odošlite na nejaké iné miesto, kde sa "stretne" s fotónom 3. Oba fotóny na seba budú reagovať - ​​napríklad stav fotónu 3 možno preniesť na fotón 2. Tento stav sa následne automaticky teleportuje do fotónu 1.

Implementácia kvantovej teleportácie v reálnych podmienkach môže znamenať revolúciu v modernej telefónnej a internetovej komunikácii. V konečnom dôsledku povedie napríklad k nepredstaviteľne bezpečnému zasielanie šifrovaných správ a dát, pretože komunikáciu medzi prepojenými časticami nemožno nijako zachytávať ani odpočúvať.
praktické využitie

Tento systém veľmi bezpečné komunikácie je testovaný v mnohých oblastiach. Okrem finančníctvo a bankovníctvo môže nájsť využitie napríklad v NASA, ktorá chce chrániť svoje vesmírne dátové prenosy. Kľúčovým nástrojom sú supravodivé detektory fotónov vyvinuté vedci z Národného inštitútu štandardov a technológií. Jedným z problémov tejto technológie je, že posielanie fotónov na veľké vzdialenosti nevyhnutne vedie k "strate" signálu. Dokonca aj pri použití laseru vo vesmíre sa svetlo na väčšie vzdialenosti rozptyľuje a oslabuje silu prenášaného signálu. Dôležitým krokom teda bude konštrukcia opakovačov (repeaterov), ktoré dokážu ďalej teleportovať stav fotónu z jedného miesta na druhé. Podobne, ako sa sieťové opakovače používajú k prenosu telekomunikačných signálov na veľké vzdialenosti, by kvantovej repeatery slúžili k teleportáciu previazaných fotónov. Supercitlivá fotónovej detektory by umožňovali opakovačům posielať zapletené fotóny po celej zemeguli. "Vďaka použitiu supravodivých detektorov môžeme použiť jednotlivé fotóny k efektívnej komunikácii ako klasických, tak kvantových informácií z vesmíru na zem," hovorí Matt Shaw z NASA.

Aby bolo možné realizovať funkčný kvantový internet, budeme potrebovať hardvér, ktorý ešte nebol vyvinutý. Teraz teda nemožno smerodajne povedať, kedy presne bude kvantový internet spustený. Číňania, ktorí sa tejto téme intenzívne venujú, odhadujú, že prvá fáza by mohla začať už v roku 2030.

Zdroj : VTM

Become a Patron!