Žengtas pirmas žingsnis link kvantinio interneto

Harvardo universiteto (JAV) mokslininkams pavyko sukurti kvantinius jungiklius, kuriuos galima įjungti ir išjungti vienu fotonu – tai yra technologinis pasiekimas, leisiantis ateityje sukurti saugius kvantinius tinklus, rašoma universiteto pranešime.

Jungikliai, pagaminti iš pavienių atomų, yra pirmi tokio tipo jungikliai, kuriuos kada nors ateityje optiniais laidais būtų galima sujungti į tinklą ir iš jų suformuoti „kvantinio interneto“ stuburą, kuris suteiktų visiškai saugaus bendravimo galimybę, tikina universiteto profesorius Michailas Lukinas, kartu su Masačusetso technologijų instituto profesoriumi Vladanu Vuleticiumi vadovavęs grupei, kuriančiai naują sistemą. Jų tyrimas detaliai aprašomas prestižiniame mokslo žurnale „Nature“.

„Žvelgiant iš techninės pusės, tai yra nuostabus pasiekimas. Konceptualiai idėja yra labai paprasta: įprastinius šviesos jungiklius sumažinti iki fundamentalios ribos. Mes kaip jungiklius panaudojome pavienius atomus, kurie, priklausomai nuo jų būsenos, gali atidaryti arba uždaryti fotonų srautą. Ir tai gali būti reguliuojama vienu fotonu“, – aiškina M. Lukinas.

Nors jungikliai gali būti naudojami kuriant kvantinius kompiuterius, pasak M. Lukino, vargu, ar šios technologijos kada nors pasieks tipinius stalinius kompiuterius.

Mokslininkas labiau tikisi, kad jos bus pritaikytos kuriant optinius tinklus, kuriuose taikoma kvantinė kriptogragija – siunčiamų duomenų šifravimo metodas, kuriame taikomi kvantinės mechanikos principai. Toks šifravimas suteikia idealiai saugių informacijos mainų perspektyvą. Žinučių, siunčiamų kvantiniu internetu,
neįmanoma perimti ir perskaityti, nes kvantinę būseną keičia pats kvantinės būsenos matavimas, todėl galutinis duomenų gavėjas tikrai žinos, jog kažkas bandė pavogti duomenis.

„Mažai tikėtina, kad tokios technologijos prireiks visiems. Bet esama tikrai realistiškų pritaikymo sričių, kurios vieną dieną gali pakeisti mūsų visuomenę. Kol kas kvantinę kriptografiją galime taikyti tik santykinai nedideliais atstumais – dešimčių kilometrų nuotoliu. Taikydami naująjį atradimą galų gale sugebėsime išplėsti kvantinės kriptografijos veikimo atstumą iki dešimčių tūkstančių kilometrų“, - aiškino M. Lukinas.

Mokslininkų teigimu, labai svarbu yra tai, jog sistema labai lengvai išplečiama – viename įrenginyje galima sutalpinti kad ir tūkstančius tokių jungiklių.

„Iš esmės mes pasiskolinome idėjas žmonių, kurie tyrinėjo ir iki šiol tyrinėja kaip makroskopinėse sistemose šviesa šokinėja pirmyn ir atgal tarp dviejų centimetrų dydžio veidrodžių bei sužadina atomus, tik mes tokią sistemą sumažinome“, – sakė mokslininkų grupės narys, doktorantas Jeffas Thompsonas.

Nors mokslininkų pagaminti integriniai grandynai yra labai panašūs į įprastines kompiuterių detales, iš tikrųjų juose signalai perduodami ne elektros, o šviesos impulsais.

Lustuose taikoma nanofotoninė technologija – iš esmės sukūrimas kelių, kurie gali kontroliuoti šviesos kelią – tokiu būdu pagaminus optines grandines, prie kurių galima prijungti optinius laidus.

Optines grandines patalpinus patalpoje, kurioje palaikomas vakuumas, mokslininkai pasinaudojo „optiniu pincetu“ - labai tiksliai nutaikytų lazerių pora – kuris pagavo vieną atomą ir ataušino jį iki temperatūros, nedaug nutolusios nuo absoliutaus nulio (-273,15 °C).

Norint sukurti kvantinį jungiklį, mokslininkai bombardavo atomą mikrobangomis ir lazeriais, dėl ko atomas perėjo į superpozicijos būseną (arba kelias kvantines būsenas vienu metu), kas reiškia, jog jungiklis vienu metu gali būti ir įjungtas, ir išjungtas.

„Atomo jungiklis turi būti paverstas į šią ypatingą superpozicijos būseną, kuri yra labai jautri – tokia jautri, kad fazės pasikeitimui pakanka vieno fotono. Toks fazės pasikeitimas suteikia galimybę atomu naudotis kaip vožtuvu, kuris gali būti įjungiamas arba išjungiamas“, - aiškino M. Lukinas.

Pilnas straipsnis:
http://www.nature.com/nature/journal/v508/n7495/full/nature13188.html