Naukowcom udało się przeprowadzić teleportację kwantową — natychmiastowe przeniesienie stanu kwantowego — na ponad 30 km aktywnego kabla światłowodowego przenoszącego regularny ruch internetowy. To przełomowe odkrycie, opublikowane w Optica w grudniu 2024 r., pokazuje ścieżkę do integracji komunikacji kwantowej z istniejącą infrastrukturą.
Dlaczego to jest ważne
Teleportacja kwantowa nie polega na przenoszeniu ludzi ani danych, jak jest to przedstawiane w science fiction. Zamiast tego chodzi o przeniesienie stanu cząstki kwantowej. Jest to istotne z kilku powodów:
- Bezpieczna komunikacja: Sieci kwantowe oferują teoretycznie niezniszczalne szyfrowanie.
- Przetwarzanie rozproszone: Podłączenie komputerów kwantowych pozwala na wykładniczo szybsze przetwarzanie.
- Zaawansowane czujniki: precyzyjne pomiary kwantowe mogą zrewolucjonizować takie dziedziny, jak medycyna i materiałoznawstwo.
Kluczową kwestią jest to, że przeprowadzono to przy użyciu prawdziwych łączy internetowych, a nie izolowanych konfiguracji laboratoryjnych. Poprzednie próby ograniczały się do kontrolowanych środowisk lub symulacji.
Trudności prawdziwej teleportacji
Główną przeszkodą jest dekoherencja – tendencja stanów kwantowych do zapadania się w klasyczną informację w wyniku zakłóceń zewnętrznych. Pomyśl o delikatnym stanie kwantowym jako o cienkim kawałku informacji, który może łatwo zostać zniszczony nawet przez niewielkie zakłócenia. Próba przesłania tego za pomocą kabla światłowodowego wypełnionego miliardami innych sygnałów (transakcje bankowe, wideo, e-mail) jest jak próba szeptania podczas huraganu.
Prem Kumar z Northwestern University i jego zespół przezwyciężyli ten problem, stosując:
- Strategiczny wybór długości fali: Wybór określonych częstotliwości światła w celu zminimalizowania rozproszenia i zakłóceń.
- Ograniczenie kanału: Dokładnie kontroluje trajektorię fotonów, aby ograniczyć niepożądane interakcje.
Jak wyjaśnia Kumar: „Dokładnie zbadaliśmy, w jaki sposób światło się rozprasza i umieściliśmy nasze fotony w takim punkcie obserwacyjnym, w którym ten mechanizm rozpraszania jest zminimalizowany”.
Jak to działa (uproszczone)
Teleportacja kwantowa nie polega na poruszaniu samej cząstki. Zamiast tego wykorzystuje splątanie kwantowe – niesamowite połączenie między dwiema cząstkami, niezależnie od odległości.
- Stan oryginalnej cząstki mierzy się poprzez zniszczenie oryginału.
- Pomiar ten przesyłany jest (klasycznie) do strony odbiorczej.
- Cząstka pary splątanej jest wówczas zmuszona przyjąć ten sam stan.
Nie jest większa od prędkości światła; informacje nadal przesyłane są z prędkością światła. Pozwala to jednak na bezpieczne i natychmiastowe przesłanie stanu.
Przyszłość sieci kwantowych
Ten eksperyment jest ważnym krokiem w kierunku Internetu kwantowego. Oznacza to, że nie musimy całkowicie przebudowywać istniejącej infrastruktury, aby stworzyć sieci kwantowe. Komunikacja kwantowa i klasyczna mogą współistnieć na tych samych liniach światłowodowych, jeśli długości fal są właściwie zarządzane.
“Wiele osób od dawna zakładało, że nikt nie zbuduje specjalistycznej infrastruktury do przesyłania cząstek światła. Jeśli wybierzemy odpowiednie długości fal, nie będziemy musieli budować nowej infrastruktury. Komunikacja klasyczna i kwantowa mogą współistnieć.” – Prem Kumar
Dzięki temu praktyczny internet kwantowy jest znacznie łatwiejszy w realizacji, przyspieszając rozwój technologii opartych na komunikacji kwantowej. Z badania wynika, że internet kwantowy nie jest już odległym marzeniem, ale szybko zbliżającą się rzeczywistością.
