Ο έλεγχος της μορφής των σωματιδίων φωτός, ανοίγει το δρόμο για το «κβαντικό διαδίκτυο»

Με τον ίδιο τρόπο που εμείς σήμερα συνδέουμε υπολογιστές σε δίκτυα με οπτικά σήματα, θα μπορούσε επίσης, στο μέλλον να είναι δυνατό να συνδεθούν κβαντικοί υπολογιστές σε ένα «κβαντικό ιντερνέτ». Τα οπτικά σήματα θα μπορούσαν, τότε, να συνίστανται από μεμονωμένα σωμάτια φωτός ή φωτόνια. Μία προϋπόθεση για ένα λειτουργικό κβαντικό διαδίκτυο είναι ο έλεγχος της μορφής των εν λόγω φωτονίων. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Eindhoven (TU / e) και το Ίδρυμα FOM, έχουν καταφέρει για πρώτη φορά να έχουν τον έλεγχο αυτό, εντός του απαιτούμενου σύντομου χρονικού διαστήματος. Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο Nature Communications.

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι οι υπολογιστές-όνειρο του μέλλοντος. Χρησιμοποιούν τη μοναδική φυσική των μικρότατων σωματίων-αυτών που περιγράφονται από την κβαντική μηχανική-για να εκτελούν υπολογισμούς. Ενώ οι σημερινοί υπολογιστές χρησιμοποιούν bits που μπορούν να είναι είτε 0 είτε 1, οι κβαντικού υπολογιστές εκτελούν υπολογισμούς με qubits, που είναι και τα δυο, 0 και 1 ταυτόχρονα. Αυτό δημιουργεί πρωτοφανή επιπλέον υπολογιστική ισχύ, η οποία παρέχει στους κβαντικούς υπολογιστές πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες από ότι οι σημερινοί υπολογιστές.

Οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν κατ’ αρχήν επικοινωνώντας μεταξύ τους ανταλλάσσοντας μεμονωμένα φωτόνια να δημιουργήσουν ένα κβαντικό ιντερνέτ. Η μορφή των φωτονίων, με άλλα λόγια το πώς διανέμεται η ενέργεια με την πάροδο του χρόνου, είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχή μετάδοση της πληροφορίας. Αυτή η μορφή πρέπει να είναι συμμετρική στο χρόνο, ενώ τα φωτόνια που εκπέμπονται από τα άτομα κανονικά, έχουν ασύμμετρη μορφή. Ως εκ τούτου, αυτή η διαδικασία απαιτεί εξωτερικό έλεγχο προκειμένου να δημιουργηθεί ένα κβαντικό διαδίκτυο.

Οι ερευνητές στο TU / e και το FOM κατάφεραν να πάρουν τον απαιτούμενο βαθμό ελέγχου, ενσωματώνοντας ένα κβαντικό «σημείο»-ένα κομμάτι ημιαγώγιμο υλικό που μπορεί να μεταφέρει φωτόνια-σε ένα «φωτονικό κρύσταλλο», δημιουργώντας έτσι μια οπτική κοιλότητα. Στη συνέχεια, οι ερευνητές εφάρμοσαν ένα σύντομο ηλεκτρικό παλμό στην κοιλότητα, ο οποίος επηρεάζει το πώς το κβαντικό «σημείο» αλληλεπιδρά μαζί της και πως εκπέμπεται το φωτόνιο. Μεταβάλλοντας την ένταση του παλμού αυτού, ήταν σε θέση να ελέγχουν τη μορφή των μεταδιδόμενων φωτονίων.

Αντρέα Φιόρε του TU / e

Οι ερευνητές του Eindhoven είναι πρώτοι που το πέτυχαν αυτό, χάρη της χρήσης ηλεκτρικών παλμών μικρότερων από νανοδευτερόλεπτο, ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για τη χρήση στις κβαντικές επικοινωνίες, όπως εξηγεί ο Andrea Fiore του TU/e: «Η εκπομπή ενός φωτονίου διαρκεί μόνο για ένα νανοδευτερόλεπτο, έτσι αν θέλεις να αλλάξεις οτιδήποτε, το κάνεις σε αυτή τη χρονική διάρκεια. Ελέγχοντας την ταχύτητα με την οποία στέλνεις ένα φωτόνιο, μπορείς κατ’ αρχήν να πετύχεις πολύ αποτελεσματική ανταλλαγή φωτονίων, που είναι πολύ σημαντικό για το κβαντικό διαδίκτυο».

Περισσότερα: Controle over vorm lichtpakketje opent deur naar ‘quantum-internet’