Et team af forskere i Kina har knyttet kvantehukommelser over 50 miles (50 kilometer) fiberoptisk kabel, og har slået den tidligere rekord med mere end 40 gange. Denne bedrift er et vigtigt skridt mod et hack-bevis internet, sagde forskere.
Internettet, vi bruger i dag, var virkelig en revolutionerende opfindelse. Det forbandt verden med information og gjorde det muligt for os at dele millioner af fotos af søde og kosede katte. Men internettet er også fyldt med hackere, der prøver at opfange vigtige eller følsomme oplysninger. For at bekæmpe har fysikere fundet en løsning med lidt hjælp fra Schrödingers kat, den berømte, hypotetiske død-og-levende katte, der er beregnet til at afsløre den underlige karakter af subatomære partikler.
Den foreslåede løsning er et nyt internet styret af kvantemekanikens bizarre verden. Et sådant internet kan en dag blive standarden for sikker sending, modtagelse og opbevaring af data.
I den klassiske databehandlingsverden er information repræsenteret af bits med værdier på enten 0 eller 1. Et kvanteinternet, ligesom en kvantecomputer, ville drage fordel af en af de grundlæggende egenskaber ved kvantemekanik, superpositionprincippet. Dette princip er berømt beskrevet ved hjælp af fysiker Erwin Schrödingers paradoks om, at en kat i en kasse er både død og levende på samme tid. Kvantecomputere bruger kvantebits eller "qubits", som kan eksistere i en superpositionstilstand, hvor de har en værdi på både 1 og 0 på samme tid. En qubit findes i denne usikkerhedstilstand, indtil den måles af en observatør, der sammenklapper kvbiten til en bestemt tilstand på 0 eller 1.
Hvis du parrer to eller flere qubits sammen, bliver de sammenfiltrede. Kvanteforvikling er den æteriske forbindelse mellem to eller flere partikler, således at enhver handling, der udføres på den ene, øjeblikkeligt påvirker de andre, uanset hvor langt fra hinanden de er. Albert Einstein kaldte berømt dette fænomen "uhyggelig handling på afstand." Den virkelige magi ved et kvanteinternet ville begynde, når information sendes ved hjælp af sammenfiltrede partikler, også kaldet kvanteteleportering.
"Kvanteteleportering er en måde at overføre en ukendt kvantetilstand fra en partikel til en anden på et fjernt sted uden at sende den originale partikel i sig selv," siger Jian-Wei Pan, en professor i fysik ved University of Science and Technology of China i Hefei og medforfatter til undersøgelsen, sagde det i et interview med National Science Review.
Fordi sammenfiltrede qubits ikke er fysisk forbundet i nogen form eller form, er opsamling af kommunikation mellem dem umulig.
Pan og hans team har allerede demonstreret sammenfiltring af lyspartikler eller fotoner over lange afstande gennem tom plads. I 2017 sammenfiltrede hans team to fotoner adskilt med 1.246 km (1.200 km) ved hjælp af et jorden-kredsende satellitrelæ ved navn Micius.
I praksis er sammenfiltring en fin forretning. De mindste forstyrrelser, såsom en ændring af temperatur eller vibration, kan bryde forbindelsen mellem sammenfiltrede partikler og kollapse deres delte tilstand. For at realisere et ægte kvanteinternet er fysikere nødt til at hente hjælp fra såkaldte kvantehukommelser.
"Kvantehukommelse er en enhed, der gemmer kvanteoplysninger. Har brug for at gemme superpositionen af to stater," fortalte Xiao-Hui Bao, professor i fysik ved University of Science and Technology of China i Hefei og medforfatter til studiet. Live videnskab.
Kvantehukommelser
I undersøgelsen, der blev offentliggjort 12. februar i tidsskriftet Nature, lykkedes det Pan og hans kolleger at sammenfiltrere kvantehukommelser over 50 km fiberoptisk kabel. Den forrige rekord med adskillelse mellem erindringer var 1,3 km.
I den nye undersøgelses eksperiment er kvantehukommelsen et ensemble af laserafkølede rubidiumatomer fanget i et vakuum, sagde Bao. Holdet brugte fotoner til at læse og skrive til skyen på 100 millioner fangede atomer. Fotoner blev brugt til både at begejse atomerne i en højere energitilstand, idet de indstiller kvbitterne, som forskerne ønskede at sammenfiltrere, og fremstille et sammenfiltret foton, der skulle sendes ned det optiske kabel. Derefter skulle forskerne ændre fotonens frekvens, så den ikke ville gå tabt i de 50 km fiberoptiske kabel, der er opviklet i deres laboratorium. Endelig kunne fotonen sendes på sin rejse gennem kablet for med succes at sammenfiltrere den anden kvantehukommelse.
Selvom der blev opnået kvanteforviklinger mellem hukommelserne, har teamet endnu ikke udført kvanteteleportering af information mellem de to noder. Forskerne sagde, at de håber, at dette arbejde vil bane vejen for oprettelse af et web af kvante relæstationer, der ville udvide sammenfiltret kommunikation til længere afstande, og til sidst føre til et storskala kvantet netværk.
