Internet kwantowy coraz bardziej realny. Kubity popłyną światłowodami
Komputery kwantowe stają się coraz mocniejsze i stabilniejsze, a w przyszłości ich rola ma być coraz większa. Czy można jednak połączyć je siecią w taki sposób, jak internet połączył komputery binarne oparte na krzemie? Okazuje się, że dzięki najnowszym postępom w technice światłowodowej z wykorzystaniem kubitów opartych na pojedynczych atomach internet kwantowy jest nie tylko możliwy, ale i coraz bardziej realny.
Spis treści:
- Nowy rodzaj kubitu umożliwi powstanie sieci kwantowej
- Niezwykłe właściwości metali ziem rzadkich
- Internet kwantowy będzie bazował na dzisiejszych światłowodach
Nowy rodzaj kubitu umożliwi powstanie sieci kwantowej
Choć w Polsce internet zaczął się upowszechniać dopiero pod koniec XX wieku, to sieci komputerowe istniały już o wiele wcześniej. Pierwszą z nich był ARPANET uruchomiony w 1969 roku. Idea łączenia komputerów siecią wynikała z potrzeby błyskawicznej wymiany danych między odległymi urządzeniami bez konieczności ręcznego przenoszenia ich na nośnikach. Powstały do tego liczne protokoły i została zbudowana infrastruktura. Czy jest ona jednak gotowa na przesyłanie informacji kwantowych? W końcu różnica między komputerem PC lub serwerem a komputerem kwantowym jest zasadnicza.
Okazuje się, że komputery kwantowe można połączyć siecią, a jej uruchomienie staje się coraz bardziej realne. Naukowcy odkryli już sposób na przesyłanie informacji między tymi wyjątkowymi urządzeniami i nie chodzi tu bynajmniej o tzw. teleportację kwantową. Stworzyli oni nowy rodzaj cząsteczkowego kubitu (bitu kwantowego, najmniejszej jednostki informacji kwantowej), opartego na pojedynczym atomie erbu. Ten metal ziem rzadkich posiada wyjątkowe właściwości magnetyczne i optyczne, które umożliwiają mu przekazywanie informacji kwantowej na tych samych długościach fal, co sieci światłowodowe.
Niezwykłe właściwości metali ziem rzadkich
Jak tłumaczą autorzy nowego rozwiązania, na którym bazować ma kwantowy internet, metale ziem rzadkich są wykorzystywane zarówno w klasycznych, jak i kwantowych technologiach, ponieważ pochłaniają i emitują światło w bardziej "czysty" sposób niż inne pierwiastki. Wchodzą także w silne interakcje z polami magnetycznymi.
"Te molekuły mogą działać jako nanoskalowy pomost między światem magnetyzmu a światem optyki. Informacja może być zakodowana w magnetycznym stanie cząsteczki, a następnie można uzyskiwać do niej dostęp przy pomocy światła o długościach fal zgodnych z dobrze rozwiniętymi technologiami leżącymi u podstaw sieci światłowodowych i krzemowych obwodów fotonicznych" - tłumaczy Leah Weiss, stypendystka podoktorska z University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering oraz współautorka artykułu opisującego tę nową technologię, który ukazał się w "Science".
Internet kwantowy będzie bazował na dzisiejszych światłowodach
Opracowane przez naukowców kubity molekularne uważane są za przełom umożliwiający powstanie sieci kwantowych - nazywanych też internetem kwantowym - bowiem mogą one wchodzić w interakcje przy użyciu częstotliwości pasma telekomunikacyjnego. Takie sieci mogą zapewnić komputerom kwantowym niezwykle bezpieczne kanały komunikacji i umożliwić im przesyłanie danych na duże odległości z niesłychaną precyzją.
"Kubity molekularne mogą także służyć jako wysoce czułe sensory kwantowe. Ich malutki rozmiar i elastyczność chemiczna oznaczają, że mogą być osadzane w niezwykłych środowiskach - takich jak systemy biologiczne - aby mierzyć pola magnetyczne, temperaturę lub ciśnienie w skali nano. A ponieważ są one kompatybilne z krzemową fotoniką, cząsteczki te mogą być integrowane bezpośrednio z chipami, torując drogę dla kompaktowych urządzeń kwantowych, których można używać do obliczeń, komunikacji lub jako czujniki" - czytamy w oświadczeniu UChicago PME.
Czy kubity oparte na atomach erbu (lub innego rodzaju) będą mogły tak od ręki być wysyłane istniejącymi światłowodami? Mająca powstać infrastruktura będzie na nich mocno oparta. Dzięki wysokiej zgodności z dzisiejszymi technologiami zdaniem naukowców rozwój platform molekularno-fotonicznych dla sieci kwantowych będzie znacznie szybszy.
Badacze z Chicago nie są jedynymi, którzy tworzą takie rozwiązania. Przykładowo w sierpniu 2025 r. ukazała się publikacja inżynierów z Uniwersytetu w Filadelfii, w której zademonstrowali oni specjalnie zaprojektowany chip, który pozwala spakować informacje kwantowe razem ze standardowym sygnałem optycznym i wysłać je komercyjną infrastrukturą. To pierwszy pakiet informacji kwantowych, który wysłano z użyciem protokołu IP - tego samego, z którego korzystają nasze PC i smartfony.
Zobacz również:
Źródła:
- Leah R. Weiss et al., A high-resolution molecular spin-photon interface at telecommunication wavelengths. Science 390, 76-81 (2025). DOI: 10.1126/science.ady8677
- Yichi Zhang et al., Classical-decisive quantum internet by integrated photonics. Science 389, 940-944 (2025). DOI:10.1126/science.adx6176
- University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering, Researchers develop molecular qubits that communicate at telecom frequencies (2025).
