Penyelidik telah menghasilkan, menyimpan dan mendapatkan maklumat kuantum buat kali pertama, satu langkah kritikal dalam rangkaian kuantum.
Keupayaan untuk berkongsi maklumat kuantum adalah penting untuk membangunkan rangkaian kuantum untuk pengkomputeran teragih dan komunikasi selamat. Pengkomputeran kuantum akan berguna untuk menyelesaikan beberapa jenis masalah penting, seperti mengoptimumkan risiko kewangan, menyahsulit data, mereka bentuk molekul dan mengkaji sifat bahan.
Walau bagaimanapun, perkembangan ini ditahan kerana maklumat kuantum boleh hilang apabila dihantar dalam jarak yang jauh. Satu cara untuk mengatasi halangan ini adalah dengan membahagikan rangkaian kepada segmen yang lebih kecil dan menghubungkan semuanya dengan keadaan kuantum yang dikongsi.
Untuk melakukan ini memerlukan cara untuk menyimpan maklumat kuantum dan mendapatkannya semula: iaitu, peranti memori kuantum. Ini mesti 'bercakap' dengan peranti lain yang membolehkan penciptaan maklumat kuantum di tempat pertama.
Buat pertama kalinya, penyelidik telah mencipta sistem sedemikian yang menghubungkan dua komponen utama ini dan menggunakan gentian optik biasa untuk menghantar data kuantum.
Pencapaian itu dicapai oleh penyelidik di Imperial College London, Universiti Southampton, dan Universiti Stuttgart dan Wurzburg di Jerman, dengan keputusan diterbitkan dalam Kemajuan sains.
Pengarang bersama pertama Dr. Sarah Thomas, dari Jabatan Fizik di Imperial College London, berkata, "Mengantaramukakan dua peranti utama bersama-sama adalah langkah penting ke hadapan dalam membenarkan rangkaian kuantum, dan kami sangat teruja untuk menjadi pasukan pertama yang telah mampu menunjukkan ini.”
Pengarang bersama pertama Lukas Wagner, dari Universiti Stuttgart, menambah, "Membenarkan lokasi jarak jauh, malah kepada komputer kuantum, untuk menyambung adalah tugas kritikal untuk rangkaian kuantum masa hadapan."
Komunikasi jarak jauh
Dalam telekomunikasi biasa—seperti internet atau talian telefon—maklumat boleh hilang dalam jarak yang jauh. Untuk memerangi ini, sistem ini menggunakan 'pengulang' pada titik biasa, yang membaca dan menguatkan semula isyarat, memastikan ia sampai ke destinasinya dengan utuh.
Pengulang klasik, bagaimanapun, tidak boleh digunakan dengan maklumat kuantum, kerana sebarang percubaan untuk membaca dan menyalin maklumat akan memusnahkannya. Ini adalah kelebihan dalam satu cara, kerana sambungan kuantum tidak boleh 'disentuh' tanpa memusnahkan maklumat dan menyedarkan pengguna. Walau bagaimanapun, ia adalah satu cabaran yang perlu ditangani untuk rangkaian kuantum jarak jauh.
Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan berkongsi maklumat kuantum dalam bentuk zarah terjerat cahaya atau foton. Foton terjerat berkongsi sifat sedemikian rupa sehingga anda tidak dapat memahami satu tanpa yang lain. Untuk berkongsi jalinan pada jarak jauh merentasi rangkaian kuantum, anda memerlukan dua peranti: satu untuk mencipta foton terjerat dan satu untuk menyimpannya dan membenarkannya diambil kemudian.
Terdapat beberapa peranti yang digunakan untuk mencipta maklumat kuantum dalam bentuk foton terjerat dan menyimpannya, tetapi kedua-duanya menghasilkan foton ini atas permintaan dan mempunyai memori kuantum yang serasi untuk menyimpannya untuk masa yang lama dielakkan oleh penyelidik.
Foton mempunyai panjang gelombang tertentu (yang, dalam cahaya boleh dilihat, menghasilkan warna yang berbeza), tetapi peranti untuk mencipta dan menyimpannya sering ditala untuk berfungsi dengan panjang gelombang yang berbeza, menghalangnya daripada berantaramuka.
Untuk membuat antara muka peranti, pasukan mencipta sistem di mana kedua-dua peranti menggunakan panjang gelombang yang sama. 'titik kuantum' menghasilkan foton (tidak terikat), yang kemudiannya dihantar ke sistem ingatan kuantum yang menyimpan foton dalam awan atom rubidium. Laser menghidupkan memori 'hidup' dan 'mati,' membolehkan foton disimpan dan dikeluarkan atas permintaan.
Bukan sahaja panjang gelombang kedua-dua peranti ini sepadan, tetapi ia berada pada panjang gelombang yang sama seperti rangkaian telekomunikasi yang digunakan hari ini—membolehkan ia dihantar dengan kabel gentian optik biasa yang biasa dengan sambungan internet setiap hari.
Kerjasama Eropah
Sumber cahaya titik kuantum dicipta oleh penyelidik di Universiti Stuttgart dengan sokongan daripada Universiti Wurzburg dan kemudian dibawa ke UK untuk bersambung dengan peranti memori kuantum yang dicipta oleh pasukan Imperial dan Southampton. Sistem itu dipasang di makmal bawah tanah di Imperial College London.
Walaupun titik kuantum bebas dan ingatan kuantum telah dicipta yang lebih cekap daripada sistem baharu, ini adalah bukti pertama bahawa peranti boleh dibuat untuk antara muka pada panjang gelombang telekomunikasi.
Pasukan kini akan berusaha untuk menambah baik sistem, termasuk memastikan semua foton dihasilkan pada panjang gelombang yang sama, menambah baik tempoh foton boleh disimpan dan menjadikan keseluruhan sistem lebih kecil.
Sebagai bukti konsep, walau bagaimanapun, ini adalah langkah penting ke hadapan, kata pengarang bersama Dr Patrick Ledingham dari University of Southampton. “Ahli komuniti kuantum telah secara aktif mencuba pautan ini untuk beberapa lama. Ini termasuk kami, setelah mencuba percubaan ini dua kali sebelum ini dengan memori yang berbeza dan peranti titik kuantum, kembali lebih daripada lima tahun, yang hanya menunjukkan betapa sukarnya untuk melakukannya."
"Kejayaan kali ini ialah memanggil pakar untuk membangunkan dan menjalankan setiap bahagian percubaan dengan peralatan pakar dan bekerjasama untuk menyegerakkan peranti."