Μια ερευνητική ομάδα του University of Stuttgart ανακοίνωσε πρόσφατα μια επαναστατική πρόοδο στον τομέα της κβαντικής φυσικής: την πρώτη επιτυχημένη τηλεμεταφορά κβαντικής πληροφορίας ανάμεσα σε φωτόνια που προήλθαν από διαφορετικές πηγές. Αυτή η εντυπωσιακή ανακάλυψη, αποτέλεσμα ενός πολύπλοκου πειράματος που περιλάμβανε δύο ξεχωριστά quantum dots, μας φέρνει πιο κοντά στο όραμα ενός λειτουργικού κβαντικού Internet.
Στον κόσμο των παραδοσιακών επικοινωνιών, η μεταφορά δεδομένων βασίζεται σε ενισχυτές που βελτιώνουν τα σήματα που μεταφέρονται μέσω οπτικών ινών. Αυτοί οι ενισχυτές είναι αποτελεσματικοί για τις κλασικές πληροφορίες, αλλά για την κβαντική πληροφορία, το παραμικρό λάθος μπορεί να έχει καταστροφικές συνέπειες. Οι κβαντικές καταστάσεις είναι εξαιρετικά ευαίσθητες και εδώ έρχονται στο προσκήνιο τα quantum dots.
Αυτοί οι ημιαγωγοί είναι ειδικά σχεδιασμένοι ώστε να παράγουν φωτόνια με απόλυτη ομοιομορφία. Δύο φωτόνια πρέπει να έχουν ακριβώς την ίδια ενέργεια και να είναι αδιέξοδες ως προς τις μετρήσιμες τους ιδιότητες. Αυτή η «τέλεια ομοιότητα» είναι αποφασιστικής σημασίας για την επιτυχία της κβαντικής τηλεμεταφοράς, που επιτρέπει τη μεταφορά μιας κβαντικής κατάστασης από το ένα φωτόνιο στο άλλο.
Ο επικεφαλής φυσικός της ομάδας, Peter Michler, δηλώνει ότι για πρώτη φορά κατάφεραν να μεταφέρουν κβαντική πληροφορία μεταξύ φωτονίων προερχόμενων από διαφορετικά quantum dots, κάτι που μέχρι σήμερα φάνταζε αδύνατο. Η καινοτομία έγκειται όχι μόνο στη δημιουργία ξεχωριστών φωτονίων, αλλά και στο ότι το πείραμα διεξήχθη χρησιμοποιώντας έναν συμβατικό πυρήνα οπτικής ίνας, όπως όσοι βρίσκονται σε υπάρχοντα δίκτυα ευρυζωνικού Internet.
Η διαδικασία περιλάμβανε μια διάταξη με δύο σταθμούς, QD1 και QD2, οι οποίοι παρήγαγαν τα φωτόνια που συμμετείχαν στην τηλεμεταφορά. Σημαντικό στάδιο της διαδικασίας ήταν η μέτρηση Bell, μια μέθοδος που επιτρέπει στους φυσικούς να «συγχρονίσουν» τις κβαντικές καταστάσεις δύο σωματιδίων. Σημειωτέον, η πληροφορία που μεταφέρεται δεν αφορά το φωτόνιο αλλά την κβαντική κατάσταση του.
Αυτός ο τύπος τηλεμεταφοράς είναι θεμελιώδης για τη διαμόρφωση ενός δικτύου κβαντικής επικοινωνίας. Σε αντίθεση με τις κλασικές επικοινωνίες, ένα quantum repeater θα πρέπει να αναμεταδίδει κβαντική πληροφορία χωρίς να την επηρεάζει. Για να επιτευχθεί αυτό σε μεγάλες αποστάσεις, κάθε ενδιάμεσος σταθμός πρέπει να στηρίζεται σε πηγές φωτονίων τόσο αξιόπιστες όσο τα quantum dots.
Το πιο ελπιδοφόρο στοιχείο της έρευνας είναι ότι το σύστημα λειτούργησε σε μια τυπική οπτική ίνα μήκους περίπου 10 μέτρων. Αν και αυτή η απόσταση μπορεί να φαίνεται μικρή σε σύγκριση με τις απαιτήσεις ενός πραγματικού δικτύου, υποδηλώνει ότι η υπάρχουσα υποδομή μπορεί να χρησιμοποιηθεί, ελαχιστοποιώντας το κόστος και επιταχύνοντας την ανάπτυξη ενός κβαντικού Internet.
Ωστόσο, παρά την επιτυχία της τηλεμεταφοράς, το ποσοστό επιτυχίας είναι περίπου 70%, που είναι εντυπωσιακό για πειράματα με διαφορετικές πηγές φωτονίων, αλλά όχι αρκετό για εμπορική εφαρμογή. Αυτή τη στιγμή, η ομάδα του University of Stuttgart εργάζεται για τη βελτιστοποίηση της τεχνολογίας, στοχεύοντας να αυξήσει το ποσοστό επιτυχίας και να επεκτείνει την εμβέλεια λειτουργίας.
Αν και υπάρχουν προκλήσεις, όπως η σύνδεση πολλών quantum dots σε ένα ευρύ δίκτυο και η αντιμετώπιση μικρών παρεμβολών που αποδυναμώνουν την κβαντική σύζευξη, τα αποτελέσματα δείχνουν σαφώς ότι η τεχνολογία των quantum dots είναι έτοιμη για εφαρμογές στην πράξη.
Το κβαντικό Internet αναμένεται να φέρει επανάσταση στις τηλεπικοινωνίες και να προσφέρει σχεδόν απρόσβλητη κρυπτογράφηση, άμεσες επικοινωνίες μεταξύ κέντρων δεδομένων και νέες υπολογιστικές δυνατότητες. Αν και η έκταση της χρήσης υπάρχουσας υποδομής παραμένει αβέβαιη, κάθε πειραματική εξέλιξη απλουστεύει τη διαδρομή προς αυτή την επόμενη μεγάλη επανάσταση.
