Κβαντικό Διαδίκτυο: Σημαντική εξέλιξη για την μελλοντική υλοποίηση του

Επιστήμονες που ασχολούνται με τα υλικά και διερευνούν την αποτελεσματικότητα των φωτονίων ως φορέων πληροφορίας ανέπτυξαν ένα μοντέλο που εξηγεί πώς αλλάζει η αποτελεσματικότητα αυτών των φωτεινών σωματιδίων σε υψηλότερα μήκη κύματος. Τα ευρήματα τους θα μπορούσαν να επηρεάσουν σημαντικά την ανάπτυξη μιας πολυαναμενόμενης τεχνολογικής επανάστασης: ενός κβαντικού δικτύου επικοινωνιών.

Οι σημερινές οπτικές ίνες είναι ικανές να μεταδίδουν φωτόνια (μεμονωμένα σωματίδια φωτός) με ελάχιστες απώλειες στα μήκη κύματος που χρησιμοποιούνται για τις τηλεπικοινωνίες. Σε ένα κβαντικό σύστημα, τα φωτόνια λειτουργούν όπως τα bits σε έναν κλασικό υπολογιστή.

Το κβαντικό διαδίκτυο δεν υπάρχει ακόμη, αλλά αναμένεται να μοιάζει με ένα δίκτυο κβαντικών υπολογιστών που μεταδίδουν πληροφορίες ως κβαντικά bits ή qubits. Αυτά τα qubits είναι σωματίδια που βρίσκονται σε κβαντικές καταστάσεις, επιτρέποντάς τους να περιέχουν περισσότερες πληροφορίες από μια απλή τιμή 0 ή 1, όπως τα bits των κλασικών υπολογιστών.

Το κβαντικό διαδίκτυο δεν θα λειτουργεί πολύ διαφορετικά από το Internet στο οποίο έχουμε πρόσβαση μέσω του σημερινού μας web browser. Ωστόσο, η υποτιθέμενη τεχνολογία θα πρέπει να επιτρέπει την κρυπτογράφηση των πληροφοριών με πολύ μεγαλύτερη ασφάλεια από ό,τι οι πληροφορίες στο Διαδίκτυο σήμερα, και θα χρησιμοποιεί τους κανόνες της Κβαντομηχανικής για την επίτευξη αυτού του στόχου.

Στη νέα τους δημοσίευση οι Φυσικοί παρουσιάζουν ένα μοντέλο που περιγράφει το ρόλο της σύζευξης ηλεκτρονίων-φωτονίων σε έναν τύπο πομπού μονοφωτονίων. Η εργασία τους προτείνει τρόπους βελτίωσης της απόδοσης αυτών των πομπών φωτονίων.

«Τα άτομα δονούνται συνεχώς και οι δονήσεις αυτές μπορούν να απορροφήσουν ενέργεια από έναν πομπό φωτός», δήλωσε ο Chris Van de Walle, ερευνητής στο UC Santa Barbara και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Ως αποτέλεσμα, αντί να εκπέμπει ένα φωτόνιο, ένα ελάττωμα θα μπορούσε αντ' αυτού να προκαλέσει δόνηση των ατόμων, μειώνοντας την απόδοση της εκπομπής φωτός».

Η ομάδα σημείωσε ότι δεν πιστεύει ότι έχει ανακαλυφθεί ακόμη μια «χρυσή» πηγή εκπομπής ενός φωτονίου, αλλά πιστεύουν ότι θα έχει ενέργεια εκπομπής περίπου 1,5 ηλεκτρονιοβόλτ.

«Υπό το πρίσμα των πολύ υψηλότερων αποδόσεων που μπορούν να επιτευχθούν σε μικρότερα μήκη κύματος, προτείνουμε ότι αν απαιτούνται μήκη κύματος τηλεπικοινωνιών για τη μετάδοση σε οπτικές ίνες, η κβαντική μετατροπή συχνότητας θα πρέπει να εξεταστεί παράλληλα με την άμεση παραγωγή. Η προσεκτική επιλογή του υλικού ξενιστή και η διεξαγωγή μηχανικής σε ατομικό επίπεδο των ιδιοτήτων των δονήσεων είναι δύο πολλά υποσχόμενοι τρόποι για να ξεπεραστεί η χαμηλή απόδοση», δήλωσε στην ίδια ανακοίνωση ο Mark Turiansky, ερευνητής στο UC Santa Barbara και επικεφαλής ερευνητής του project.

Μια άλλη μέθοδος για την αντιμετώπιση της χαμηλής απόδοσης, όπως αναφέρει η ομάδα, είναι η σύζευξη με μια φωτονική κοιλότητα, ένα εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να «ανοίξει ζώνες συχνοτήτων εντός των οποίων είναι αδύνατη η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ανεξάρτητα από την κατεύθυνση διάδοσης στο χώρο».

Απέχουμε ακόμα πολύ από τη δημιουργία ενός κβαντικού διαδικτύου, αλλά οι βάσεις γι' αυτό αποτελούν αντικείμενο έρευνας της τελευταίας δεκαετίας. Στις αρχές του 2020, το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ δημοσίευσε το σχέδιο του για την «Οικοδόμηση ενός εθνικού κβαντικού διαδικτύου», το οποίο, εκτός από τις ασφαλείς κβαντικές επικοινωνίες, θα μπορούσε να αναβαθμίσει την κβαντική πληροφορική και τα υπάρχοντα δίκτυα αισθητήρων.

[via]