การเชื่อมต่อที่สำคัญสำหรับ 'อินเทอร์เน็ตควอนตัม' เกิดขึ้นเป็นครั้งแรก

นักวิจัยได้ผลิต จัดเก็บ และเรียกค้นข้อมูลควอนตัมเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในเครือข่ายควอนตัม

ความสามารถในการแบ่งปันข้อมูลควอนตัมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนาเครือข่ายควอนตัมสำหรับการประมวลผลแบบกระจายและการสื่อสารที่ปลอดภัย คอมพิวเตอร์ควอนตัมจะมีประโยชน์ในการแก้ปัญหาที่สำคัญบางประเภท เช่น การปรับความเสี่ยงทางการเงินให้เหมาะสม การถอดรหัสข้อมูล การออกแบบโมเลกุล และการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุ

อย่างไรก็ตาม การพัฒนานี้ถูกระงับไว้เนื่องจากข้อมูลควอนตัมอาจสูญหายได้เมื่อส่งผ่านระยะทางไกล วิธีหนึ่งในการเอาชนะอุปสรรคนี้คือการแบ่งเครือข่ายออกเป็นส่วนเล็กๆ และเชื่อมโยงเครือข่ายทั้งหมดเข้ากับสถานะควอนตัมที่ใช้ร่วมกัน

ในการดำเนินการนี้ ต้องใช้วิธีในการจัดเก็บข้อมูลควอนตัมและดึงข้อมูลอีกครั้ง ซึ่งก็คืออุปกรณ์หน่วยความจำควอนตัม สิ่งนี้จะต้อง 'พูดคุย' กับอุปกรณ์อื่นที่อนุญาตให้สร้างข้อมูลควอนตัมตั้งแต่แรก

นับเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้สร้างระบบที่เชื่อมต่อส่วนประกอบหลักทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน และใช้เส้นใยแสงปกติในการส่งข้อมูลควอนตัม

ความสำเร็จดังกล่าวเกิดขึ้นได้โดยนักวิจัยจาก Imperial College London, University of Southampton และมหาวิทยาลัย Stuttgart และ Wurzburg ในเยอรมนี โดยผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.

ผู้เขียนร่วมคนแรก ดร. ซาราห์ โธมัส จากภาควิชาฟิสิกส์ที่อิมพีเรียลคอลเลจลอนดอน กล่าวว่า "การเชื่อมต่ออุปกรณ์หลักสองชิ้นเข้าด้วยกันเป็นก้าวสำคัญในการทำให้เกิดเครือข่ายควอนตัม และเรารู้สึกตื่นเต้นมากที่ได้เป็นทีมแรกที่ได้ สามารถแสดงสิ่งนี้ได้”

ผู้เขียนร่วมคนแรก Lukas Wagner จากมหาวิทยาลัย Stuttgart กล่าวเสริมว่า "การอนุญาตให้มีตำแหน่งที่อยู่ห่างไกลและแม้แต่คอมพิวเตอร์ควอนตัมในการเชื่อมต่อถือเป็นงานที่สำคัญสำหรับเครือข่ายควอนตัมในอนาคต"

การสื่อสารทางไกล

ในการสื่อสารโทรคมนาคมทั่วไป เช่น อินเทอร์เน็ตหรือสายโทรศัพท์ ข้อมูลอาจสูญหายไปในระยะทางไกลๆ เพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้ ระบบเหล่านี้ใช้ 'รีพีทเตอร์' ที่จุดปกติ ซึ่งจะอ่านและขยายสัญญาณอีกครั้ง เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณจะไปถึงปลายทางเหมือนเดิม

อย่างไรก็ตาม ตัวทำซ้ำแบบคลาสสิกไม่สามารถใช้กับข้อมูลควอนตัมได้ เนื่องจากการพยายามอ่านและคัดลอกข้อมูลจะทำลายข้อมูลนั้น นี่เป็นข้อได้เปรียบในทางหนึ่ง เนื่องจากการเชื่อมต่อควอนตัมไม่สามารถ 'แตะ' ได้ โดยไม่ทำลายข้อมูลและแจ้งเตือนผู้ใช้ อย่างไรก็ตาม ถือเป็นความท้าทายที่ต้องจัดการสำหรับเครือข่ายควอนตัมระยะไกล

วิธีหนึ่งในการเอาชนะปัญหานี้คือการแบ่งปันข้อมูลควอนตัมในรูปแบบของอนุภาคแสงหรือโฟตอนที่พันกัน โฟตอนที่พันกันจะแบ่งปันคุณสมบัติในลักษณะที่คุณไม่สามารถเข้าใจสิ่งหนึ่งได้หากไม่มีสิ่งอื่น ในการแบ่งปันสิ่งกีดขวางในระยะทางไกลผ่านเครือข่ายควอนตัม คุณต้องมีอุปกรณ์สองเครื่อง: เครื่องหนึ่งสำหรับสร้างโฟตอนที่พันกัน และอีกเครื่องหนึ่งสำหรับจัดเก็บและอนุญาตให้ดึงกลับคืนมาในภายหลัง

มีอุปกรณ์หลายอย่างที่ใช้ในการสร้างข้อมูลควอนตัมในรูปแบบของโฟตอนที่พันกันและเก็บไว้ แต่ทั้งสองสร้างโฟตอนเหล่านี้ตามความต้องการและมีหน่วยความจำควอนตัมที่เข้ากันได้ซึ่งนักวิจัยหลบเลี่ยงมาเป็นเวลานานเพื่อเก็บไว้

โฟตอนมีความยาวคลื่นที่แน่นอน (ซึ่งในแสงที่มองเห็นจะสร้างสีที่แตกต่างกัน) แต่อุปกรณ์สำหรับสร้างและจัดเก็บพวกมันมักถูกปรับให้ทำงานกับความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เพื่อป้องกันไม่ให้พวกมันเชื่อมต่อกัน

ในการสร้างอินเทอร์เฟซของอุปกรณ์ ทีมงานได้สร้างระบบที่อุปกรณ์ทั้งสองใช้ความยาวคลื่นเท่ากัน 'จุดควอนตัม' ทำให้เกิดโฟตอน (ไม่พันกัน) ซึ่งส่งต่อไปยังระบบหน่วยความจำควอนตัมที่เก็บโฟตอนไว้ภายในกลุ่มเมฆของอะตอมรูบิเดียม เลเซอร์จะ 'เปิด' และ 'ปิด' หน่วยความจำ เพื่อให้สามารถจัดเก็บและปล่อยโฟตอนได้ตามความต้องการ

ความยาวคลื่นของอุปกรณ์ทั้งสองนี้ไม่เพียงแต่ตรงกันเท่านั้น แต่ยังมีความยาวคลื่นเดียวกันกับเครือข่ายโทรคมนาคมที่ใช้อยู่ในปัจจุบันอีกด้วย ทำให้สามารถส่งสัญญาณด้วยสายเคเบิลใยแก้วนำแสงปกติที่คุ้นเคยกับการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตในชีวิตประจำวัน

ความร่วมมือในยุโรป

แหล่งกำเนิดแสงควอนตัมดอทถูกสร้างขึ้นโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสตุ๊ตการ์ท โดยได้รับการสนับสนุนจากมหาวิทยาลัยวูร์ซบวร์ก จากนั้นจึงนำไปที่สหราชอาณาจักรเพื่อเชื่อมต่อกับอุปกรณ์หน่วยความจำควอนตัมที่สร้างขึ้นโดยทีมงานอิมพีเรียลและเซาแธมป์ตัน ระบบนี้ประกอบขึ้นในห้องทดลองชั้นใต้ดินที่วิทยาลัยอิมพีเรียลลอนดอน

แม้ว่าจุดควอนตัมอิสระและความทรงจำควอนตัมจะถูกสร้างขึ้นซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบใหม่ แต่นี่เป็นข้อพิสูจน์แรกว่าอุปกรณ์ต่างๆ สามารถสร้างอินเทอร์เฟซที่ความยาวคลื่นโทรคมนาคมได้

ตอนนี้ทีมงานจะพยายามปรับปรุงระบบ รวมถึงให้แน่ใจว่าโฟตอนทั้งหมดถูกสร้างขึ้นที่ความยาวคลื่นเท่ากัน ปรับปรุงระยะเวลาในการเก็บโฟตอน และทำให้ทั้งระบบมีขนาดเล็กลง

เพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิด นี่เป็นก้าวสำคัญในการก้าวไปข้างหน้า ดร. Patrick Ledingham ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัย Southampton กล่าว “สมาชิกของชุมชนควอนตัมพยายามเชื่อมโยงนี้มาระยะหนึ่งแล้ว ซึ่งรวมถึงพวกเราด้วยที่ได้ลองการทดลองนี้สองครั้งก่อนหน้านี้ด้วยหน่วยความจำและอุปกรณ์ควอนตัมดอทที่แตกต่างกัน ย้อนกลับไปนานกว่าห้าปี ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามันยากแค่ไหนที่จะทำ”

“ความก้าวหน้าในครั้งนี้คือการเรียกผู้เชี่ยวชาญมาพัฒนาและดำเนินการทดลองแต่ละส่วนด้วยอุปกรณ์เฉพาะทางและทำงานร่วมกันเพื่อประสานอุปกรณ์ต่างๆ”