Nowy rekord splątania kwantowego

Fizyka kwantowa, czyli nauka o najmniejszych strukturach we wszechświecie, jest wyjątkowo egzotyczną dziedziną. Ciekawe jest jednak to, że w oparciu o efekty kwantowe działa wiele urządzeń codziennego użytku, np. telefony, świetlówki czy GPS. Jednym z obszarów, w którym technologie kwantowe mogą dokonać rewolucji, jest komunikacja.

Zapewniając "natychmiastowy transfer informacji" i niezwykle bezpieczne połączenia, komunikacja kwantowa od lat przyciąga badaczy. Nowe eksperymenty przeprowadzone przez chińskich uczonych zbliżają nas do realizacji kwantowych marzeń.

W "Nature" opublikowano wyniki chińskich uczonych, którym udało się splątać dwie chmury pamięci kwantowych na odległości 22 km i 50 km. W ten sposób pobito poprzedni rekord o 1,3 km. Po osiągnięciu odległości splątania kwantowego wielkości miasta, naukowcy uważają, że zbliżamy się do budowy prototypowej sieci kwantowej.

Pamięci kwantowe, które pod pewnymi względami przypominają nasze pamięci komputerowe, zawierają informacje kwantowe (kubity), które są przechowywane na 100 mln ultrazimnych atomów rubidu w komorze próżniowej. Jednak w przeciwieństwie do obecnie stosowanych pamięci, kubity mogą istnieć w wielu stanach, zwanych superpozycjami, co pozwala im wykonywać wiele złożonych obliczeń jednocześnie. Jeśli jeden zestaw pamięci kwantowej jest splątany z innym, stan każdej pamięci jest współdzielony z drugą.

Uzyskanie takiego splątania kwantowego jest niezwykle złożone. Kiedy cząstki są wystarczająco blisko siebie, przeszkadzają sobie i wpływają na siebie nawzajem. Po oddzieleniu ich od siebie, manipulacja jedną cząsteczką zwiastuje natychmiastową zmianę w drugiej.

W 2017 r. splątane fotony udało się wysłać na odległość 1200 km - z Ziemi na satelitę. Jednak utrzymanie większych systemów w stanie splątania kwantowego okazało się znacznie trudniejsze.

Pan Jian-Wei z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC), często nazywany "ojcem kwantowym", najpierw splątał każdy układ atomów (zwanych węzłami) z pojedynczym fotonem. Zmiana częstotliwości fotonów pozwoliła na wysyłanie ich wzdłuż kabli światłowodowych, gdzie spotykały się w centralnym punkcie. Tutaj dokonano zakłócenia dwóch fotonów, a następnie splątanie ich z kwantowymi chmurami pamięci.

Dla odległości 22 km, światłowody zostały zainstalowane pod powierzchnią ziemi, podczas gdy w przypadku odległości 50 km, uzyskano ją w warunkach laboratoryjnych. Naukowcy musieli pokonać kilka trudności, by uzyskać stabilny stan splątania.

To ważne odkrycie, które otwiera nowe drzwi do prac nad kryptografią kwantową.