Ingeniører ved California Institute of Technology har vist at atomer i hulrommene i optiske hulrom kan bli en av de viktigste teknologiene for å fungere kvanteinternet. Forskerne publiserte arbeidet sitt i tidsskriftet Nature.
Kvantenettverk vil koble kvantedatamaskiner gjennom et spesielt system som vil gi en forbindelse mellom dem. I teorien vil kvantecomputere en dag kunne utføre visse funksjoner raskere enn klassiske datasystemer, ved bruk av kvantemekanikkens egenskaper, for eksempel superposisjon av tilstander, som gjør at kvantebiter kan være både null og en samtidig.
Som med klassiske datamaskiner, ville forskere koble flere kvantecomputere til å utveksle data og samarbeide - for å lage et slags "kvanteinternett." Dette vil åpne døren for en rekke applikasjoner, inkludert distribuert kvanteberegning og kryptert kommunikasjon. Imidlertid må et slikt nettverk kunne overføre informasjon mellom to enheter uten å endre kvanteegenskapene til den sendte informasjonen.
Den nåværende modellen fungerer slik: Ett atom eller ion fungerer som en qubit og lagrer informasjon om kvanteegenskapene, for eksempel spinn. For å lese denne informasjonen og overføre den til et annet sted, må atomet begeistres med en lyspuls, noe som får det til å avgi et foton hvis spinn er viklet inn i spinnet til atomet og er lik det. Fotonet kan deretter overføre informasjon tilknyttet atomet over lang avstand over en optisk fiberkabel. Men å gjøre det er vanskeligere enn det høres ut. De fleste atomer er følsomme for svingninger i magnetiske og elektriske felt, noe som fører til feil i driften av enheter basert på dem.
For å få bukt med dette problemet bygde forskerne i Caltech en nanofotonisk resonator - en stang på omtrent 10 mikron lang med et spesielt mønster som er etset på overflaten, skapt av en yttrium orthovanadatkrystall. Da plasserte forskerne et ion av det sjeldne jordmetall ytterbium Yb 3+ i sentrum. Når stråling overføres gjennom en slik resonator, passerer den flere ganger langs stangen, og til slutt etter å ha mistet nok energi, blir den absorbert av ytterbiumionet. Forfatterne viste også at hulrom i materialet endrer miljøet til ionet, slik at det utsendte fotonet kan holde seg i materialet opptil 99% av tiden, og forskere i mellomtiden kan måle dets egenskaper.
I tillegg kan ytterbiumioner lagre informasjon i ryggen i 30 millisekunder. Dette er nok til å overføre informasjon over det kontinentale USA. Teamet er for tiden fokusert på å lage byggesteinene i et kvantenettverk. De håper da å utvide eksperimentene sine og koble de to kvantebitene langt fra hverandre.
Forfatter: Nikita Shevtsev
