Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantovým modemem se myslí součástka, která by převáděla „tekoucí“ qubity na jejich „stabilní“ (stacionární) verzi. Předpokládáme, že přenos informace bude v kvantovém Internetu probíhat pomocí qubitů na bázi fotonů, ale samotná informace bude v uzlech uchovávána spíše jinak – v qubitech v polovodičích, na bázi elektronů/spinu apod.
V Ústavu Maxe Plancka pro kvantovou optiku v Garchingu nyní prototyp takového síťového prvku připravili. Technologie by měla být relativně jednoduchá a dát se integrovat do současných sítí optických vláken. Jak uvádí jeden z autorů studie Benjamin Merkel, znamená to, že stacionární qubity musejí přesně reagovat na fotony s infračervenou vlnovou délkou, které se dnes v telekomunikačních technologiích používají přednostně. Příslušné kvantum energie – foton – pak vyvolá kvantový skok. Vazba musí být konzistentní, tj. stejný vstup musí jednoznačně odpovídat změně stavu stacionárního qubitu.
Těmto podmínkám by měly dobře vyhovovat atomy erbia. Je ale potřeba systém nastavit tak, aby se přilétající fotony a atomy našly, a to v reálném čase. Atomy erbia jsou proto stabilizovány, umístěny do „zrcadlové komnaty“, průhledného krystalu na bázi křemičitanu yttria mezi zrcadly (poznámka: pro představu o rozměrech, samotný krystal má být pětkrát tenčí než lidský vlas, čili se do něj qubitů na bázi atomů vejde nepřeberně). Aby se předešlo tepelnému šumu, který by kvantovou informaci narušil, respektive mohl působit změny stavu sám o sobě, vše je zchlazeno na -271 °C.
Fotony se od zrcadel odrážejí a měly by se rychle trefit do cíle (poznámka: zřejmě ne každá interakce navíc musí způsobit změnu stavu atomu erbia, takže je třeba, aby se vše rychle posráželo vícekrát). Zrcadlo je ovšem částečně propustné, alespoň na těch stranách, kam se připojuje optické vlákno.
Popsaná struktura z atomů erbia může sloužit nejenom jako paměť, ale i v roli procesoru, kdy pomocí dopadajících qubitů bude realizován kvantový algoritmus. Uvádí se, že obecně by kvantový Internet rovněž mohl být použit pro propojení kvantových počítačů a zvýšit jejich výkon. Modem na popsané bázi by také mohl hrát roli kvantového opakovače, který by umožňoval zesílení signálu – kompenzoval ztráty fotonů přenášených v optických vláknech.
Benjamin Merkel et al. Coherent and Purcell-Enhanced Emission from Erbium Dopants in a Cryogenic High- Q Resonator, Physical Review X (2020). DOI: 10.1103/PhysRevX.10.041025
Zdroj: Max Planck Society/Phys.org
Poznámky PH:
Otázka zní, jak bude vypadat rozhraní mezi kvantovým Internetem a koncovým uživatelem. Vzhledem k tomu, že tento modem vyžaduje teplotu -271 °C a to převádí informaci pouze mezi dvěma typy qubitů a jednosměrně, lze předpokládat, že takový prvek bude pouze na páteřní síti? U poskytovatele pak bude další „modem“ a k uživateli pak už po optickém kabelu či jinak poteče informace v podobě normálních bitů? (Tedy alespoň v první fázi zavádění kvantového Internetu. Uživatel sám stejně nemá prostředky na generování qubitů…).
Co se týče výše uvedeného zařízení, moc jasné (PH: tedy mně :-() to není. Řešíme, „co se srazí s čím“? Jak si vlastně konkrétně představit samotný přenos informace? Neriskujeme, že když foton ťukne do částice v superpozici, že se superpozice následkem toho rozpadne? Stacionární qubit má nějaký stav, ale když do něj chceme ťuknout fotony v superpozici (přenášíme qubit), pak musejí všechny najednou…? Atd.
