Sciencemag.cz
Doporučujeme
Lze signál zesílit bez toho, aby se „přečetl“? V klasických sítích i jiných elektronických systémech se vyskytují opakovače (repeater), aktivní síťové prvky, které přijímají zeslabený nebo jinak zkreslený (zašuměný apod.) signál a provádějí jeho opravu a zesílení.
Podobný prvek vyžaduje infrastruktura kvantového Internetu, hodil by se dokonce i pro jeho nejjednodušší podobu (kvantová kryptografie). Narážíme zde ale na zásadní problém: v kvantovém Internetu (i v kryptografii) se totiž využívá právě toho, že čtení signálu nevratně naruší příslušný stav, a příjemce tak pozná, že přicházející informace mohla být odposlechnuta nebo se s ní jinak manipulovalo.
Pokud má informace podobu fotonů, ať už v optickém vláknu nebo ve vzduchu, signál se ale přirozeně zeslabuje. Kvantový opakovač by měl dokázat zdánlivě nemožné: signál znovu zesílit, aniž by jej ovšem „přečetl“ a tím zničil. Jednou funkčností opakovače v kvantové síti musí být i schopnost vytvářet provázané (zapletené, entanglement) stavy.
Prototyp takového zařízení nyní převedli vědci z Harvardu a MITu. Autoři výzkumu tvrdí, že jejich kvantový opakovač je prostě malý, specializovaný kvantový počítač (podobně jako jsou specializované počítače síťové prvky v klasických sítích). Musí být schopen zachytit jednotlivé bity (fotony), informaci opravit (zesílit) a neporušenou uchovávat dostatečně dlouhou dobu, než ji pošle dál. Demonstrované zařízení má podobu diamantu, v jehož atomové struktuře jsou vytvořeny malé defekty. V dutinách takového diamantu pak dochází k interakcím jednotlivých fotonů (původní tisková zpráva mluví o „interakci s barevnými centry“, tj. místy, která dokáží absorbovat a vyzařovat světlo). Zařízení pracuje při teplotě blízké absolutní nule a informace do něj vstupuje klasickým optickým kabelem. Prototyp příslušné „ledničky“ má zhruba velikost člověka. Systém dokáže informaci uchovávat po dobu milisekund, což je dostatečná doba. Zpracování a ukládání informací v příslušných „barevných centrech“ se řídí pomocí elektrod umístěných kolem diamantové dutiny zvenku, diamant je integrován s běžnými prvky na bázi křemíku.
Všechny funkce zařízení, tedy efektivní zachycení informace z fotonů, její zpracování i dlouhodobé uložení, sice už byly nějak realizovatelné, nikoliv ale na jediném integrovaném zařízení. Autoři výzkumu publikovaného v Nature chtějí začít testovat svou kvantovou paměť v reálných optických sítích.
Experimental demonstration of memory enhanced quantum communication, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2103-5, https://nature.com/articles/s41586-020-2103-5
Zdroj: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences/Phys.org
Poznámka: Pro laika bohužel opět platí, že samotná podstata („jak se vlastně signál zesiluje, aniž by se zničil“, tj. jak se vytvoří nové fotony jako náhrada těch ztracených cestou) zůstává skryta.
