To urządzenie ma rozmiary monety! Splątanie kwantowe fotonów nie wymaga już laboratorium

O technologii kwantowej najczęściej słyszymy w kontekście futurystycznych i wciąż zachwycających komputerów kwantowych czy też szyfrowania kwantowego informacji przesyłanych za pomocą niemożliwych do zhakowania sieci telekomunikacyjnych. Mówi się, że technologia kwantowa to przyszłość świata technologii, która pozwoli nam dokonać prawdziwego przełomu w rozwoju nowoczesnych technologii. Póki co jednak technologia kwantowa wciąż znajduje się w powijakach. Proces uzyskiwania określonych stanów kwantowych fotonów wymaga pokaźnych rozmiarów sprzętu. To z kolei oznacza, że nie można go zastosować w urządzeniach o “normalnych” rozmiarach. A przynajmniej było tak do teraz.
laser

zdjęcie poglądowe

Naukowcy z firm, które zajmują się opracowywaniem nowych technologii wykorzystujących zjawisko splątania kwantowego przekonują, że być może stosowana dotychczas technologia plątania kubitów nadprzewodzących nie jest najwydajniejszym rozwiązaniem. Zamiast tego coraz częściej mówi się o wykorzystaniu do tego fotonów. Z jednej strony stany kwantowe fotonu są stabilne, a z drugiej, fotony wprost nadają się do zastosowań komunikacyjnych wykorzystujących powszechną już obecnie technologię światłowodową.

Po co komu to splątanie kwantowe?

Albert Einstein nazywał zjawisko splątania kwantowego upiornym działaniem na odległość. Jest w tej ponurej nazwie coś prawdziwego. Powszechnie przyjmuje się, że nic nie porusza się szybciej od światła. Nawet informacja o jakimkolwiek wydarzeniu nie może przedostać się z jednego miejsca do drugiego szybciej od prędkości światła. Tymczasem jeżeli mamy do czynienia z dwiema cząstkami splątanymi, ich stany kwantowe są ze sobą połączone. Jeżeli w jednej cząstce zmienimy stan kwantowy, w drugiej zmieni się on także, natychmiast, w tej samej chwili i niezależnie od tego, czy znajduje się ona centymetr, kilometr, czy sto milionów lat świetlnych od pierwszej cząstki. Zmiana stanu jednej cząstki, natychmiast wywołuje zmianę stanu drugiej, choć teoretycznie druga cząstka nie powinna wiedzieć o tym co się dzieje z pierwszą, dopóki nie dotrze do niej informacja o zmianie jej stanu. Tak unikalny proces pozwala na stworzenie technologii komunikacji kwantowej, której w żaden sposób nie da się podsłuchać. Czego chcieć więcej?

Czytaj także: Splątanie kwantowe, jakiego jeszcze nie było. Te liczby przemawiają do wyobraźni

Dotychczas problemem we wdrażaniu technologii kwantowej był pokaźnych rozmiarów sprzęt niezbędny do tworzenia par fotonów. O ile pary fotonów można już plątać ze sobą, to do emisji samych fotonów niezbędny jest pokaźnych rozmiarów tradycyjny laser. Jego rozmiary uniemożliwiają zastosowanie technologii do praktycznych zastosowań.

I nagle wszystko udało się zmniejszyć

W najnowszym artykule naukowym naukowcy zaprezentowali pierwszy hybrydowy chip fotoniczny. Dzięki zastosowaniu dwóch różnych technologii na chipie o rozmiarach niewielkiej monety udało się zmieścić urządzenie generujące światło laserowe oraz takie, które pozwala je przekształcić w splątane fotony. Mówiąc najprościej, część urządzenia stanowi wzmacniacz optyczny z fosforku indu, który generuje światło laserowe. Układ ten połączony jest z częścią, na której znajdują się pierścienie wykonane z azotku krzemu. Laser wyemitowany przez fosforek indu krążąc w pierścieniach z azotku krzemu, gdzie jest odszumiany. W ostatnim pierścieniu dochodzi do emisji dwóch fotonów. Wskutek ich anihilacji powstaje para splątanych fotonów.

Czytaj także: Splątanie kwantowe na wyciągnięcie ręki. Zaprojektowane urządzenie jest niewyobrażalnie cienkie

Naukowcy przekonują, że choć jest to spore osiągnięcie – wszak udało się zmniejszyć źródło laserowe niemal tysiąckrotnie – to jeszcze sporo pracy przed nimi. Mimo wszystko szansa na to, że za jakiś czas technologia kwantowa wyjdzie z laboratorium i będzie można ją zastosować w urządzeniach rozsądnych rozmiarów właśnie stała się realna. Wystarczy uzbroić się jeszcze w trochę cierpliwości.