Caltech představuje multiplexované provázání pro kvantové sítě

Kvantové sítě jsou jednou z nejslibnějších technologií budoucnosti, která by mohla zcela změnit způsob, jakým vyměňujeme informace. Nedávný výzkum na Caltechu však ukázal, že stávající kvantové sítě mají své limity, zejména pokud jde o rychlost a spolehlivost provázání částic. Tým vědců přišel s revolučním řešením – multiplexované provázání, které by mohlo tyto problémy vyřešit.

Co je provázání v kvantových sítích?

Provázání (anglicky entanglement) je fenomén, kdy dvě nebo více částic sdílejí kvantový stav, bez ohledu na to, jak daleko od sebe jsou. Tento jev je klíčový pro kvantovou komunikaci, protože umožňuje vytvářet bezpečné kvantové klíče a provádět ultra-přesná měření. Problém však nastává, když se snažíme provázání distribuovat mezi vzdálenými uzly. Kvantová informace se šíří pomocí fotonů, což omezuje rychlost komunikace.

Multiplexování jako řešení

V klasické komunikaci se multiplexování používá k přenosu více signálů současně přes jeden kanál, čímž se zvyšuje celková šířka pásma. Tento koncept lze aplikovat i na kvantové sítě. Místo toho, aby každý uzel obsahoval pouze jeden qubit (kvantový bit), může jich obsahovat více, a všechny mohou být provázány současně.

Výzkumníci z Caltechu použili ytterbium ionty umístěné v nanofotonických dutinách, které umožňují více qubitům emitovat a přijímat provázané fotony současně. Klíčovou inovací je kvantový feed-forward protokol, který kompenzuje frekvenční odchylky mezi různými atomy, čímž zajišťuje stabilní provázání i při optických fluktuacích.

Proč je to důležité?

• Zvýšení rychlosti: Multiplexování umožňuje provázání více qubitů současně, což výrazně zvyšuje rychlost kvantové komunikace.
• Spolehlivost: Pokud jeden qubit selže, ostatní mohou pokračovat v provázání, což snižuje riziko přerušení komunikace.
• Škálovatelnost: Tento přístup otevírá dveře k vytvoření globální kvantové sítě, která by mohla spojit kvantové počítače po celém světě.

Budoucnost kvantových sítí

Ačkoli je tento výzkum významným krokem vpřed, stále existují výzvy, které je třeba překonat. Jednou z nich je fotonová ztráta na dlouhé vzdálenosti. K jejímu řešení budou potřeba kvantové repeatery, které dokážou opravit ztráty fotonů. Nicméně, multiplexované provázání je klíčovým krokem k vytvoření škálovatelných a spolehlivých kvantových sítí.

Závěr

Výzkum na Caltechu ukazuje, že multiplexované provázání by mohlo být klíčem k budování rychlejších a spolehlivějších kvantových sítí. Tento přístup nejen zvyšuje rychlost komunikace, ale také zlepšuje odolnost sítě vůči chybám. S dalším vývojem bychom se mohli dočkat globální kvantové internetové infrastruktury, která by změnila způsob, jakým komunikujeme a sdílíme informace.

Tagy: kvantové sítě, provázání, multiplexování, caltech, kvantová komunikace