Penyelidik di Institut Niels Bohr Universiti Copenhagen telah membangunkan cara baharu untuk mencipta memori kuantum: Dram kecil boleh menyimpan data yang dihantar dengan cahaya dalam getaran soniknya, dan kemudian memajukan data dengan sumber cahaya baharu apabila diperlukan sekali lagi. Keputusan menunjukkan bahawa memori mekanikal untuk data kuantum boleh menjadi strategi yang membuka jalan untuk internet ultra-selamat dengan kelajuan yang luar biasa.
Penyelidikan ini diterbitkan dalam jurnal Kajian Surat fizikal.
Di bawah pejabat lama Niels Bohr adalah ruang bawah tanah di mana meja berselerak ditutup dengan cermin kecil, laser dan gabungan semua jenis peranti yang disambungkan oleh rangkaian wayar dan timbunan pita. Nampaknya projek kanak-kanak sudah terlalu jauh, projek yang ibu bapa mereka telah cuba sia-sia untuk meminta mereka membersihkannya.
Walaupun sukar untuk mata yang tidak terlatih untuk melihat bahawa jadual ini sebenarnya adalah rumah kepada pelbagai projek penyelidikan terkemuka dunia, perkara penting berlaku dalam dunia yang sangat kecil sehinggakan undang-undang Newton tidak terpakai. Di sinilah waris fizikal kuantum Niels Bohr membangunkan teknologi kuantum yang paling canggih.
Salah satu projek ini menonjol-sekurang-kurangnya ahli fizik-dengan fakta bahawa gizmo yang boleh dilihat dengan mata kasar mampu mencapai keadaan kuantum. Drum kuantum ialah membran kecil yang diperbuat daripada bahan seramik, seperti kaca dengan lubang bertaburan dalam corak yang kemas di sepanjang tepinya.
Apabila dram dipukul dengan cahaya laser, ia mula bergetar, dan melakukan ini dengan pantas dan tanpa gangguan sehingga mekanik kuantum mula bermain. Harta ini telah lama menimbulkan kekecohan dengan membuka beberapa kemungkinan teknologi kuantum.
Kini, kerjasama merentasi pelbagai bidang kuantum di Institut telah menunjukkan bahawa drum juga boleh memainkan peranan penting untuk rangkaian komputer kuantum masa hadapan. Seperti ahli alkimia moden, penyelidik telah mencipta bentuk baru "memori kuantum" dengan menukar isyarat cahaya kepada getaran sonik.
Dalam artikel penyelidikan mereka yang baru diterbitkan, para penyelidik telah membuktikan bahawa data kuantum daripada komputer kuantum yang dipancarkan sebagai isyarat cahaya—contohnya, melalui jenis kabel gentian optik yang telah digunakan untuk sambungan internet berkelajuan tinggi—boleh disimpan sebagai getaran dalam dram dan kemudian dimajukan.
Eksperimen terdahulu telah menunjukkan kepada penyelidik bahawa membran boleh kekal dalam keadaan kuantum yang rapuh. Atas dasar ini, mereka percaya bahawa dram sepatutnya boleh menerima dan menghantar data kuantum tanpa "menyahkoheh", iaitu, kehilangan keadaan kuantumnya apabila komputer kuantum sedia.
"Ini membuka perspektif yang hebat untuk hari apabila komputer kuantum benar-benar boleh melakukan apa yang kita harapkan. Memori kuantum mungkin menjadi asas untuk menghantar maklumat kuantum melalui jarak jauh. Jadi, apa yang kami bangunkan adalah bahagian penting dalam asas untuk internet masa depan dengan kelajuan kuantum dan keselamatan kuantum, "kata postdoc Mads Bjerregaard Kristensen dari Institut Niels Bohr, pengarang utama artikel penyelidikan baharu.
Sangat pantas, sangat selamat
Apabila memindahkan maklumat antara dua komputer kuantum pada jarak yang jauh—atau di antara banyak dalam internet kuantum—isyarat akan segera ditenggelamkan oleh bunyi bising. Jumlah hingar dalam kabel gentian optik meningkat secara eksponen semakin panjang kabel itu. Akhirnya, data tidak boleh dinyahkod lagi.
Internet klasik dan rangkaian komputer utama lain menyelesaikan masalah hingar ini dengan menguatkan isyarat di stesen kecil di sepanjang laluan penghantaran. Tetapi untuk komputer kuantum menggunakan kaedah yang serupa, mereka mesti terlebih dahulu menterjemah data ke dalam sistem nombor binari biasa, seperti yang digunakan oleh komputer biasa.
Ini tidak akan berjaya. Melakukannya akan memperlahankan rangkaian dan menjadikannya terdedah kepada serangan siber, kerana kemungkinan perlindungan data klasik berkesan dalam masa hadapan komputer kuantum adalah sangat buruk.
“Sebaliknya, kami berharap kuantum drum akan dapat memikul tugas ini. Ia telah menunjukkan janji yang hebat kerana ia sangat sesuai untuk menerima dan menghantar semula isyarat daripada komputer kuantum. Jadi, matlamatnya adalah untuk memanjangkan sambungan antara komputer kuantum melalui stesen tempat gendang kuantum menerima dan menghantar semula isyarat, dan dengan berbuat demikian, elakkan bunyi bising sambil mengekalkan data dalam keadaan kuantum, "kata Kristensen.
"Dengan berbuat demikian, kelajuan dan kelebihan komputer kuantum, contohnya, berhubung dengan pengiraan kompleks tertentu, akan meluas merentasi rangkaian dan Internet, kerana ia akan dicapai dengan mengeksploitasi sifat seperti superposisi dan keterjeratan yang unik kepada keadaan kuantum."
Jika berjaya, stesen juga akan dapat melanjutkan sambungan terjamin kuantum, yang kod kuantumnya juga boleh dipanjangkan oleh dram. Isyarat selamat ini boleh dihantar melalui pelbagai jarak—sama ada di sekitar rangkaian kuantum atau merentasi Atlantik—dalam internet kuantum masa hadapan.
Fleksibel, praktikal dan mungkin terobosan sebagai RAM kuantum
Penyelidikan sedang dijalankan di tempat lain kepada alternatif di mana sumber cahaya pembawa data diarahkan pada sistem atom dan mengalihkan sementara elektron dalam atom, tetapi kaedah itu mempunyai hadnya.
“Terdapat had untuk perkara yang boleh anda lakukan dengan sistem atom, kerana kita tidak boleh mereka bentuk atom atau kekerapan cahaya yang boleh berinteraksi dengan diri kita sendiri. Sistem mekanikal kami yang agak 'besar' memberikan lebih fleksibiliti. Kami boleh bermain-main dan menyesuaikan diri, supaya jika penemuan baru mengubah peraturan permainan, terdapat peluang yang baik bahawa drum kuantum boleh disesuaikan, "jelas Profesor Albert Schliesser, pengarang bersama artikel penyelidikan.
"Untuk lebih baik atau lebih buruk, kebolehan kita sebagai penyelidik kebanyakannya menentukan had untuk keberkesanan semuanya," katanya.
Drum adalah yang terbaru dan paling serius dalam ingatan kuantum mekanikal kerana ia menggabungkan beberapa sifat: Drum mempunyai kehilangan isyarat yang rendah—iaitu, kekuatan isyarat data dikekalkan dengan baik. Ia juga mempunyai kelebihan yang luar biasa kerana dapat mengendalikan semua frekuensi cahaya, termasuk frekuensi yang digunakan dalam kabel lampu gentian optik di mana Internet moden dibina.
Drum kuantum juga mudah kerana data boleh disimpan dan dibaca bila-bila masa diperlukan. Dan rekod sepanjang 23 milisaat masa ingatan yang telah dicapai oleh penyelidik menjadikannya lebih berkemungkinan bahawa teknologi semoga suatu hari nanti menjadi blok binaan bagi sistem rangkaian kuantum serta perkakasan dalam komputer kuantum.
“Kami keluar awal dengan penyelidikan ini. Pengkomputeran dan komunikasi kuantum masih di peringkat awal pembangunan, tetapi dengan ingatan yang kami peroleh, seseorang boleh membuat spekulasi bahawa drum kuantum suatu hari nanti akan digunakan sebagai sejenis RAM kuantum, sejenis memori kerja sementara untuk maklumat kuantum . Dan itu akan menjadi terobosan,” kata profesor itu.