Atomy iterbu-171 otwierają nowe możliwości
Zespół badawczy dokonał czegoś, co wielu uważało za niemożliwe w najbliższej przyszłości. Naukowcy osiągnęli splątanie kwantowe o wierności sięgającej 99% pomiędzy atomami iterbu-171 a fotonami w paśmie telekomunikacyjnym. To nie jest kolejny laboratoryjny eksperyment: chodzi o rozwiązanie kompatybilne z istniejącą infrastrukturą światłowodową. Iterb-171 nie jest nowym odkryciem, ale dotąd wykorzystywano go głównie w precyzyjnych zegarach atomowych. Jego szczególne właściwości sprawiają, że nadaje się idealnie do zastosowań kwantowych.
Iterb-171, konwencjonalnie stosowany w optycznych zegarach atomowych ze względu na swój długotrwały stan metastabilny, stał się zasobnym kandydatem w społeczności macierzy atomowych z nowatorskimi zastosowaniami w obliczeniach kwantowych i metrologii – wyjaśnia Xiye Hu, członek zespołu badawczego
Najważniejsze w tym odkryciu jest wykorzystanie przejścia przy długości fali 1389 nanometrów, które idealnie wpasowuje się w standardowe pasmo telekomunikacyjne. Oznacza to, iż sygnały kwantowe można przesyłać bez konieczności konwersji, która do tej pory zmniejszała wydajność i wprowadzała zakłócenia. Naukowcy poszli o krok dalej, opracowując system równoległego przetwarzania. Geometria macierzy atomów została zaprojektowana tak, aby naśladować strukturę światłowodową, co znacznie ułatwia integrację z obecnymi systemami optycznymi.
Obrazując naszą jednowymiarową macierz atomów na komercyjną macierz światłowodową, pokazaliśmy, że zbieranie pojedynczych fotonów i późniejsze generowanie splątania może być równoległe w całej macierzy – dodaje Hu
Wprowadzenie protokołu sieciowego „mid-circuit networking protocol” to kolejny element układanki. Pozwala on zachować spójność kubitów danych podczas operacji sieciowych, co jest kluczowe dla stabilności informacji kwantowej.
Stabilność i brak dodatkowych komplikacji
W przeciwieństwie do wielu obiecujących technologii, ten system nie generuje nowych problemów w zamian za rozwiązanie starych. Badania potwierdziły, że osiągnięcie 99% wierności nie wymaga rewolucyjnych ulepszeń, a jedynie drobnych modyfikacji technicznych. Co ważne, macierz światłowodowa nie wprowadza dodatkowych błędów, które mogłyby pogorszyć wydajność splątania. Układ zachowuje stabilność nawet przy równoległym przetwarzaniu wielu kanałów, co w praktyce oznacza możliwość skalowania rozwiązania. To odkrycie rzeczywiście przybliża nas do budowy połączonych procesorów kwantowych zdolnych do rozproszonych obliczeń.
Czytaj też: Koniec spekulacji w świecie kwantowym po dekadzie zamieszania. Teksańczycy znaleźli matematyczny dowód
Możliwe staje się również stworzenie globalnej sieci zegarów atomowych do precyzyjnych pomiarów czasu. Naukowcy nie spoczywają jednak na laurach. Planują zastąpić soczewkę obiektywową specjalną wnęką do zbierania pojedynczych fotonów. Publikacja w Nature Physics daje wiele nadziei na realne zmiany. Komunikacja kwantowa wciąż pozostaje technologią przyszłości, lecz tym razem przyszłość wydaje się nieco bliższa. Jeśli uda się utrzymać obiecujące parametry w skali przemysłowej, możemy być świadkami prawdziwego przełomu w przesyłaniu danych.