Vedcom sa podarila kvantová teleportácia medzi nesusediacimi uzlami
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 31. 5. 2022
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Holandskí vedci urobili významný krok smerom ku kvantovým počítačovým sieťam tým, že teleportovali kvantovú informáciu medzi dvoma uzlami, ktoré nemali priame vzájomné prepojenie. Tento prelomový objav predznamenáva rýchlejší a bezpečnejší komunikačný systém.
Ako už názov napovedá, kvantové počítače využívajú niekoľko princípov kvantovej mechaniky na vykonávanie výpočtov, ktoré sú mimo dosahu tradičných počítačov. A rovnako ako náš súčasný internet, aj tieto kvantové počítače budú musieť byť navzájom prepojené, aby sa naplno využil ich potenciál. Posielanie informácií medzi nimi je však zložité, pretože kvantová povaha týchto údajov ich robí náchylnými na stratu alebo rušenie okolím.
Namiesto toho sa tieto informácie môžu v podstate „teleportovať“ medzi sieťovými uzlami vďaka javu známemu ako kvantové previazanie. Dve častice môžu byť navzájom tak prepletené, že nie je možné opísať jednu bez druhej a akákoľvek zmena vykonaná na jednej z nich okamžite ovplyvní druhú bez ohľadu na to, ako ďaleko sú od seba. Je to koncept, ktorý znepokojil aj samotného Einsteina, no bol opakovane potvrdený v experimentoch.
V kontexte siete kvantových počítačov možno kvantové bity (alebo takzvané qubity) informácií teleportovať do uzla vykonaním zmien v jeho prepojenom partnerovi, zvyčajne vykonaním takzvaného merania Bellovho stavu (MBS). Toto bolo už predtým demonštrované medzi dvoma susednými sieťovými uzlami, ale v rámci novej štúdie boli výskumníci z inštitútu QuTech schopní teleportovať informácie medzi dvoma nesusednými uzlami.
Technológia si vyžaduje použitie tretieho uzla, ktorý funguje ako akýsi sprostredkovateľ. Pre zjednodušenie tím pomenoval tieto tri uzly Alice, Bob a Charlie, pričom každý z nich obsahuje qubit na báze diamantu. Na vytvorenie siete tím najprv vytvorí previazané stavy medzi Alicou a Bobom a medzi Bobom a Charliem. Potom vykonaním MBS v uzle Boba sa stavy Alice a Charlieho stanú tiež previazanými, aj keď v sieti nesusedia.
Aby mohol Charlie teleportovať informácie Alici, začne vytvárať „správu“ zápisom údajov do qubitu v pamäti svojho uzla. Môže to byť 1 alebo 0, alebo kvantovým spôsobom zvláštny medzistav. Potom sa vykoná MBS na tomto pamäťovom qubite a qubite, ktorý je prepletený s Aliciným. A práve tak sa Alicin qubit okamžite zmení tak, aby odrážal Charlieho správu.
Ak si však Alica chce správu prečítať, musí ju najprv dešifrovať a Charlie má kľúč. Výsledok MBS, ktorý vykonal na svojom qubite, vysvetľuje, akú operáciu musí Alica vykonať na svojom qubite, aby dešifrovala teleportovanú informáciu.
Výskumníkom z QuTechu sa tento výkon podarilo úspešne uskutočniť dôsledne počas mnohých experimentov s presnosťou približne 71 percent. Dosiahli to vďaka niekoľkým prelomovým objavom, ktoré tím urobil na ochranu kvantovej informácie v sieti. Po prvé, previazanie medzi Alicou a Bobom muselo byť uložené v qubite kvantovej pamäte, zatiaľ čo Bob vytváral spojenie s Charliem. Ďalšie optimalizačné techniky znížili šum v systéme.
Vedci tvrdia, že dosiahnutím tohto druhu nepriamej kvantovej teleportácie vytvorili základný stavebný prvok praktickej kvantovej siete. Ale samozrejme, je pred nami ešte dlhá cesta. Kľúčovým ďalším krokom je zvýšiť počet pamäťových qubitov v systéme, aby sa zvýšil počet druhov operácií, ktoré môže vykonávať.
Tím tiež plánuje preskúmať, ako teleportovať informácie, ktoré sú už uložené v kvantovej pamäti, namiesto toho, aby sa táto správa musela vytvoriť po vytvorení spojenia. To umožní vykonávať kvantovú teleportáciu na požiadanie, čo je veľmi dôležité, ak sa má táto technológia stať užitočnou v reálnom nasadení.
Výskum bol uverejnený v magazíne Nature. Experimenty sú podrobnejšie vysvetlené vo videu na začiatku článku alebo TU.
