Ingeniører ved California Institute of Technology har vist, at atomer i hulrum i optiske hulrum kan blive en af de vigtigste teknologier til funktion af kvanteinternet. Forskerne offentliggjorde deres arbejde i tidsskriftet Nature.
Kvante netværk forbinder kvantecomputere gennem et specielt system, der giver en forbindelse mellem dem. I teorien vil kvantecomputere en dag være i stand til at udføre visse funktioner hurtigere end klassiske computersystemer ved hjælp af kvantemekanikens egenskaber, såsom superposition af tilstande, som tillader, at kvantebits er både nul og en på samme tid.
Som med klassiske computere vil forskere gerne forbinde flere kvantecomputere til at udveksle data og arbejde sammen - for at skabe en slags "kvanteinternet." Dette ville åbne døren til en række forskellige applikationer, herunder distribueret kvanteberegning og krypteret kommunikation. Imidlertid skal et sådant netværk være i stand til at overføre information mellem to enheder uden at ændre kvanteegenskaberne for den transmitterede information.
Den nuværende model fungerer sådan: Et atom eller en ion fungerer som en qubit og gemmer information om dens kvanteegenskaber, såsom spin. For at læse denne information og overføre den til et andet sted, skal atomet ophidses med en lyspuls, der får det til at udsende en foton, hvis omdrejning er sammenfiltret med atomets omdrejning og er lig med den. Fotonen kan derefter overføre information, der er knyttet til atomet over en lang afstand over et optisk fiberkabel. Men at gøre det er sværere, end det lyder. De fleste atomer er følsomme over for udsving i magnetiske og elektriske felter, hvilket fører til fejl i driften af enheder baseret på dem.
For at overvinde dette problem byggede Caltech-forskerne en nanofotonisk resonator - en stang på ca. 10 mikron lang med et specielt mønster ætset på dens overflade lavet af en yttrium orthovanadatkrystall. Derefter placerede forskerne en ion af det sjældne jordartsmetall ytterbium Yb 3+ i midten. Når stråling transmitteres gennem en sådan resonator, passerer den flere gange langs stangen og i sidste ende, efter at have mistet nok energi, absorberes af ytterbiumionen. Forfatterne viste også, at hulrummet i materialet ændrer ionets miljø, på grund af hvilket det udsendte foton kan forblive i materialet op til 99% af tiden, og forskere i mellemtiden kan måle dets egenskaber.
Derudover er ytterbiumioner i stand til at gemme information i ryggen i 30 millisekunder. Dette er tilstrækkeligt til at transmittere information over det kontinentale USA. Holdet er i øjeblikket fokuseret på at skabe byggestenene i et kvantenetværk. De håber derefter at udvide deres eksperimenter og forbinde de to kvantebits langt fra hinanden.
Forfatter: Nikita Shevtsev