Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantové paměti v opakovači vědci nahradili fotonovým „graph state“. Jde o provázaný stav tří fotonů, který je reprezentovaný grafem složeným z uzlů a hran.
Kvantový internet se díky novým experimentům japonských a kanadských fyziků opět o krok přiblížil realitě. Vědcům se podařilo vytvořit první kvantový opakovač, který pracuje výhradně na základě zákonů fotoniky.
Kvantový internet by měl být nejen bezpečnější, ale také rychlejší. Využívá totiž klíčové jevy kvantové fyziky, jako je kvantové provázání. Tento unikátní jev kvantové mechaniky dovoluje částicím s odlišnými kvantovými stavy sdílet mnohem užší vztah, než je tomu možné v případě klasické fyziky. Pokud jsou dvě částice provázány, můžeme zjistit stav jedné z částic měřením stavu té druhé. Ovšem jakékoliv měření systém poruší a každý narušitel bude za sebou nechávat stopu. Kvantový internet by měl umožnit bezpečnou výměnu informací pomocí kvantové superpozice stavů uložených v kvantových pamětech.
Internet je závislý na globálních sítích kabelů z optických vláken. Jelikož světelný signál ztrácí průchodem těmito kabely na dlouhé vzdálenosti svoji intenzitu, musí se do sítí v pravidelných intervalech zařazovat prvky, tzv. opakovače, které signály zesilují. V kvantové verzi internetu budou tyto klasické opakovače nahrazeny fotonickými, které budou obsahovat výhradně optické prvky, jako jsou jednofotonové zdroje, lineární optické prvky a fotonové detektory.
Fotonický kvantový opakovač navrhl tým fyziků z Japonska a Kanady poprvé v roce 2015. Teď vědci našli způsob, jak tento nápad realizovat. Podstatnou úlohu zde přitom má postup zvaný „time reversed adaptive Bell measurement“. Pro vysvětlení, adaptivní optika slouží pro korekci optických aberací a generování přesných vlnoploch nebo modifikaci laserových a optických svazků v reálném čase. „Bell measurement“ znamená propojení kvantově-mechanického měření dvou qubitů, které určuje, ve kterém ze čtyř Bellových stavů se dva qubity nacházejí.
Všechny kvantové opakovače, ať už standardní nebo výhradně optické, tento postup vyžadují. Na rozdíl od standardních kvantových opakovačů, které mohou uchovávat kvantové stavy fotonů v systému materiálu, dokud není měření dokončeno, čistě optický opakovač je implementuje časově reverzním (time reversed) způsobem použitím kvantového provázání.
Japonští fyzici připravili provázané fotony v opakovači a potvrdili, že zařízení přenáší pouze kvantové informace, které nejsou narušeny. Tím poprvé prokázali klíčový princip výhradně fotonického kvantového opakovače.
Tohoto výsledku dosáhli tak, že kvantové paměti v opakovači nahradili fotonovým „graph state“. Jde o provázaný stav tří fotonů, který je reprezentovaný grafem složeným z uzlů a hran. Uzly v tomto grafu reprezentují částice a hrany, které uzly spojují, reprezentují kvantové provázání mezi odpovídajícími částicemi.
Vědci dokázali, že jejich technika pracuje na základě generování třífotonového „graph state“ a detekování pouze těch fotonů, které úspěšně přežily cestu optickým kabelem bez jakýchkoliv ztrát.
Optický kvantový opakovač má oproti standardním kvantovým opakovačům řadu výhod. Může pracovat při pokojové teplotě, je velmi rychlý a spotřebuje málo energie. Navíc nepotřebuje žádné rozhraní (propojení) mezi fotony a hmotou, protože pracuje výhradně s optickými prvky.
Fyzici teď plánují vyvinout velký „graph state“ generátoru fotonů a optických obvodů s minimálními ztrátami, které umožní provádět „time-reversed adaptive Bell measurement“ na velkém počtu fotonů. Díky těmto obvodům budou vědci schopni optické kvantové sítě podstatně rozšířit.
Původní práce byla uveřejněna v Nature Communications.
autor: Jana Štrajblová
Převzato z Matfyz.cz, zkráceno.
Pozvánka: Workshop VideoHunter@MFF
VideoHunter@MFF je jednodenní letní workshop spojující vědecko-popularizační přednášky z oblasti inteligentního vyhledávání v audio-vizuálních datech a soutěž týmů ve vyhledávání ve videu pomocí nejmodernějších nástrojů vyvíjených na MFF.
16. srpna 2019 od 8:30 v budově informatické sekce MFF UK na Malostranském náměstí 25 v Praze.
Podrobnosti, registrace
