Квантни интернет је за инч ближи са напретком даљинског преноса података

Од Санта Барбаре у Калифорнији до Хефеја у Кини, научници развијају нови тип рачунара који данашње машине чини више сличним играма.

Користећи мистериозне моћи квантне механике, технологија ће за неколико минута обављати задатке које чак ни суперкомпјутери нису били у стању да заврше хиљадама година. У јесен 2019. Гугл је представио фајл експериментални квантни рачунар Испоставило се да је то било могуће. Две године касније, лабораторија у Кини учине исто.

Али квантно рачунарство не би достигло свој потенцијал без помоћи још једног технолошког открића. Он је то назвао „квантним интернетом“ – рачунарском мрежом која може да шаље квантне информације између удаљених машина.

На Технолошком универзитету Делфт у Холандији, тим физичара је направио важан корак ка таквој компјутерској мрежи будућности, користећи технику звану квантна телепортација за слање података на три физичке локације. Раније је то било могуће са само два.

Нови експеримент показује да научници могу проширити квантну мрежу на све већи број локација. „Сада градимо мале квантне мреже у лабораторији“, рекао је Роналд Хансон, физичар из Делфта који води тим. „Али идеја је да се на крају изгради квантни интернет.“

Њихово истраживање, које је откривено ове недеље са Истраживачки рад објављен у научном часопису Натуре, демонстрира моћ феномена који је Алберт Ајнштајн сматрао немогућим. Квантна телепортација – како се то зоверад на даљину застрашујући„Информације се могу преносити између сајтова без преношења физичког материјала који садржи.

Ова технологија би могла дубоко да промени начин на који подаци путују са једног места на друго. Заснован је на више од једног века истраживања која укључују квантну механику, област физике која управља субатомским светом и понаша се другачије од било чега што доживљавамо у свакодневном животу. Квантна телепортација не само да преноси податке између квантних рачунара, већ то чини и на начин који нико не може пресрести.

„Ово не само да значи да квантни рачунар може да реши ваш проблем, већ и не зна шта је проблем“, рекла је Трејси Елеанор Нортап, истраживач са Института за експерименталну физику Универзитета у Инзбруку која такође истражује квантне телепортација. „Данас не функционише тако. Гоогле зна шта покрећете на његовим серверима.“

Квантни рачунар кликће на чудне начине на које се неке ствари понашају ако су веома мале (попут електрона или честица светлости) или екстремно хладне (попут чудног метала који се хлади на скоро апсолутну нулу или минус 460 степени Фаренхајта). У овим случајевима, један објекат може да се понаша као два одвојена објекта у исто време.

Традиционални рачунари обављају прорачуне тако што обрађују „битове“ информација, при чему сваки бит садржи или 1 или 0. Користећи необично понашање квантне механике, квантни бит или кубит, може да складишти комбинацију 1 и 0 — нешто слично како Новчић који се окреће има примамљиву могућност да ће се појавити или као глава или као реп када коначно падне на сто.

То значи да два кубита могу да садрже четири вредности одједном, три кубита могу да садрже осам, четири могу да држе 16 и тако даље. Како број квантних кубита расте, квантни рачунар постаје све моћнији.

Истраживачи верују да би ови уређаји једног дана могли да убрзају стварање нових лекова, чинећи енергетски напредак у вештачкој интелигенцији и Хакерско шифровање које штити рачунаре од виталног значаја за националну безбедност. Широм света, владе, академске лабораторије, стартапи и технолошки гиганти троше милијарде долара на истраживање технологије.

У 2019. Гоогле објавити Да је његов хардвер достигао оно што научници називају „квантном надмоћи“, што значи да може да изврши експериментални задатак који је био немогућ са конвенционалним рачунарима. Али већина стручњака верује да ће проћи још најмање неколико година пре него што квантни рачунар може да уради нешто корисно што не можете да урадите са другом машином.

Део изазова је у томе што се кубит ломи или „раставља“, ако читате информације из њега – он постаје обичан бит који може да држи само 0 или 1, али не и једно и друго. Али повезујући многе кубите и развијајући начине заштите од декохеренције, научници се надају да ће изградити моћне, али практичне машине.

На крају крајева, у идеалном случају, ове мреже би биле спојене са мрежама које могу да шаљу информације између чворова, омогућавајући им да се користе са било ког места, баш као што услуге рачунарства у облаку попут Гоогле-а и Амазон-а чине процесорску снагу широко доступном данас.

Али ово долази са својим проблемима. Делимично због декохеренције, квантне информације се не могу копирати и преносити преко традиционалне мреже. Квантна телепортација пружа алтернативу.

Иако не може да помера објекте са једног места на друго, може пренети информације користећи предност квантног својства званог „преплетеност“: свака промена стања квантног система која одмах утиче на стање другог система који је удаљен.

„Након укрштања, више не можете да опишете ове услове појединачно“, рекао је др Нортап. „У суштини, то је сада један систем.

Ови заплетени системи могу бити електрони, честице светлости или друге ствари. У Холандији, др Хансон и његов тим су користили оно што се назива слободним азотним центром – мали празан простор у синтетичком дијаманту где електрони могу бити заробљени.

Тим је направио три од ових квантних система, по имену Алиса, Боб и Чарли, и везао их у линију оптичким влакнима. Научници затим могу да запетљају ове системе тако што између њих шаљу појединачне фотоне – честице светлости.

Прво, истраживачи су заплели два електрона – један који је припадао Алиси, а други Бобу. У ствари, електронима је дат исти спин и тако су спојени или уплетени, у заједничком квантном стању, од којих сваки чува исту информацију: одређену комбинацију 1 и 0.

Истраживачи онда могу да пренесу ово квантно стање у други кубит, језгро угљеника, унутар Бобовог синтетичког дијаманта. То је ослободило Бобов електрон, а истраживачи су га затим могли повезати са другим електроном који припада Чарлију.

Изводећи специфичну квантну операцију на сваком од Бобових кубита – електрону и језгру угљеника – истраживачи могу да залепе два заплета заједно: Алиса и Боб су залепљени за Боба и Чарлија.

Резултат: Алиса је била запетљана са Чарлијем, омогућавајући подацима да се моментално телепортују кроз сва три чвора.

Када подаци путују на овај начин, без стварног преласка удаљености између чворова, не могу се изгубити. „Информације се могу унети на једној страни везе, а затим приказати на другој страни“, рекао је др Хансон.

Информација се такође не може пресрести. Квантни интернет будућности, покретан квантном телепортацијом, могао би да обезбеди нову врсту теоретски нераскидиве криптографије.

У новом експерименту, чворови мреже нису били удаљени – само око 60 стопа. Али претходни експерименти су показали да се квантни системи могу запетљати на већим удаљеностима.

Надамо се да ће након још неколико година истраживања, квантна телепортација бити одржива на много миља. „Сада покушавамо да то урадимо ван лабораторије“, рекао је др Хансон.