2024 m. mokslininkams pavyko perkelti (teleportuoti) šviesos kvantinę būseną daugiau nei 30 kilometrų ilgio šviesolaidžiu, kuriuo tuo pat metu tekėjo intensyvus interneto srautas. Dar visai neseniai tokia užduotis buvo laikoma praktiškai neįgyvendinama.
JAV tyrėjų pademonstruotas sprendimas nereiškia, kad žmonės artimiausiu metu galės „teleportuotis“ į darbą ar greičiau atsisiųsti vaizdo įrašus. Tačiau galimybė perduoti kvantines būsenas per jau egzistuojančią ryšių infrastruktūrą laikoma dideliu žingsniu link kvantiškai sujungtų skaičiavimo tinklų, pažangesnio šifravimo bei naujų, itin tikslių jutimo metodų.
„Tai be galo jaudinantis pasiekimas, nes niekas nemanė, kad tai įmanoma“, – sako Šiaurės Vakarų universiteto („Northwestern University“) kompiuterių inžinierius Premas Kumaras, vadovavęs tyrimui.
„Mūsų darbas rodo kelią link naujos kartos kvantinių ir klasikinių tinklų, kurie galėtų dalintis vieninga šviesolaidžio infrastruktūra. Iš esmės tai atveria duris kvantinių ryšių pažangai“, – teigia P. Kumaras.
Kvantinė teleportacija, nors ir primena mokslinės fantastikos scenarijus, nėra daiktų ar žmonių „perkėlimas“ erdvėje. Šio proceso esmė – kvantinės būsenos perkėlimas iš vieno objekto į kitą: pradinė būsena tiksliai atkartojama kitoje vietoje, o originali būsena sunaikinama. Tam pasitelkiamas kvantinis susietumas, tačiau praktiniam teleportacijos įgyvendinimui vis tiek reikia perduoti klasikinei informacijai priklausantį signalą tarp dviejų taškų.
Taip pat skaitykite:
Kvantinės būsenos yra itin trapios. Vos sukurtos jos greitai praranda savo „kvantiškumą“ dėl aplinkos poveikio – elektromagnetinių trikdžių, šilumos ir dalelių sąveikos. Šis reiškinys vadinamas dekoherencija, ir būtent jis dažnai tampa didžiausia kliūtimi praktiškai pritaikomoms kvantinėms technologijoms.
Kvantines būsenas apsaugoti laboratorijoje ar kompiuterio viduje yra viena, tačiau išsiųsti pavienį fotoną šviesolaidžiu, kuriame tuo pat metu keliauja bankinių operacijų duomenys, žinutės ir vaizdo įrašai, – visai kas kita. Tokiuose kanaluose signalai persidengia, šviesa gali išsisklaidyti, o fotono kvantinė informacija – būti sugadinta.
Siekdama išlaikyti fotono būseną, kai šviesolaidžiu tekėjo maždaug 400 gigabitų per sekundę duomenų srautas, tyrėjų komanda pritaikė kelis techninius sprendimus: apribojo fotonui skirtą kanalą ir sumažino tikimybę, kad fotonas išsisklaidys bei susimaišys su kitomis bangomis.
„Kruopščiai ištyrėme, kaip šviesa išsisklaido, ir patalpinome fotonus į apgalvotą vietą, kur šis sklaidos mechanizmas yra minimalus“, – aiškina P. Kumaras.
„Nustatėme, kad galime vykdyti kvantinį ryšį netrukdomi klasikinių kanalų, kurie tuo pat metu yra tinkle“, – priduria jis.
Taip pat skaitykite:
Nors anksčiau kai kurioms mokslininkų grupėms buvo pavykę perduoti kvantinę informaciją greta klasikinių duomenų srautų internetą imituojančiose sistemose, P. Kumaro komanda pirmoji teleportavo kvantinę būseną realiame interneto sraute.
Tokie rezultatai stiprina prielaidą, kad kvantinis internetas yra neišvengiamas. Jo plėtra galėtų suteikti naujų įrankių matavimui, stebėsenai, šifravimui ir skaičiavimams – ir tai būtų įmanoma neperstatant visos dabartinės interneto infrastruktūros nuo nulio.
„Kvantinė teleportacija gali užtikrinti saugų kvantinį ryšį tarp geografiškai nutolusių mazgų“, – teigia P. Kumaras.
„Daugelis ilgai manė, kad niekas nestatys specialios infrastruktūros šviesos dalelėms perduoti. Tačiau, jei parinksime tinkamus bangos ilgius, naujos infrastruktūros nereikės. Klasikinės ir kvantinės komunikacijos gali egzistuoti kartu“, – sako jis.
Tyrimo rezultatai publikuoti mokslo žurnale „Optica“. Ankstesnė šio teksto versija buvo paskelbta 2024 m. gruodį.
