Ett team av forskare i Kina har kopplat samman kvantminnen över mer än 30 mil (50 kilometer) fiberoptisk kabel och slog det tidigare rekordet mer än 40 gånger. Denna prestation är ett viktigt steg mot ett hack-bevis internet, sa forskare.
Internet vi använder idag var verkligen en revolutionerande uppfinning. Det kopplade världen till information och gjorde det möjligt för oss att dela miljoner bilder av söta och gosiga katter. Men internet är också fyllt med hackare som försöker fånga viktig eller känslig information. För att slå tillbaka har fysiker kommit fram till en lösning, med lite hjälp från Schrödingers katt, den berömda, hypotetiska död-och-levande katt som var avsedd att avslöja den underliga naturen hos subatomära partiklar.
Den föreslagna lösningen är ett nytt internet som styrs av den bisarra världen av kvantmekanik. Ett sådant internet kan en dag bli standarden för att säkert skicka, ta emot och lagra data.
I den klassiska beräkningsvärlden representeras information av bitar med värden på antingen 0 eller 1. Ett kvantinternet, som en kvantdator, skulle dra fördel av en av de grundläggande egenskaperna hos kvantmekanik, superpositionprincipen. Denna princip beskrivs berömt med fysikern Erwin Schrödingers paradox om att en katt i en låda är både död och levande samtidigt. Kvantdatorer använder kvantbitar, eller "qubits", som kan existera i ett superpositionstillstånd där de har ett värde på både 1 och 0 samtidigt. En qubit existerar i detta tillstånd av osäkerhet tills den mäts av en observatör, och kollapsar qubitten till ett bestämt tillstånd av 0 eller 1.
Om du kopplar ihop två eller flera bitar ihop, blir de intrasslade. Kvantförvirring är den eteriska förbindelsen mellan två eller flera partiklar så att varje handling som utförs på en omedelbart påverkar de andra, oavsett hur långt ifrån varandra de är. Albert Einstein kallade berömt detta fenomen för "spöklik handling på avstånd." Den verkliga magin hos ett kvantinternet skulle börja när information skickas med intrasslade partiklar, även kallad kvantteleportering.
"Kvanteteleportering är ett sätt att överföra ett okänt kvanttillstånd från en partikel till en annan på en avlägsen plats, utan att skicka den ursprungliga partikeln själv," säger Jian-Wei Pan, professor i fysik vid University of Science and Technology of China i Hefei och medförfattare till studien, sa i en intervju med National Science Review.
Eftersom intrasslade qubits inte är fysiskt kopplade i någon form eller form, är avlyssning av kommunikation mellan dem omöjligt.
Pan och hans team har redan visat intrasslingen av ljuspartiklar eller fotoner över långa avstånd genom tomt utrymme. 2017 intrasslade hans team två fotoner separerade med 1 200 km (1 200 km) med hjälp av ett jordkretsande satellitrelä med namnet Micius.
I praktiken är intrassling en fin affär. De minsta störningarna, till exempel en temperaturändring eller vibration, kan bryta länken mellan intrasslade partiklar och kollaps deras delade tillstånd. För att förverkliga ett verkligt kvantinternet kommer fysiker att behöva få hjälp av så kallade kvantminnen.
"Kvantminne är en enhet som lagrar kvantinformation. Måste lagra superpositionen för två stater," berättade Xiao-Hui Bao, professor i fysik vid University of Science and Technology of China i Hefei och medförfattare till studien. Levande vetenskap.
Kvantminnen
I studien, som publicerades 12 februari i tidskriften Nature, lyckades Pan och hans kollegor förvirra kvantminnen över 50 km fiberoptisk kabel. Den föregående rekordet med separationen mellan minnen var 1,3 mil (1,3 km).
I den nya studiens experiment är kvantminnet en sammansättning av laserkylda rubidiumatomer som fångats i ett vakuum, sa Bao. Teamet använde fotoner för att läsa och skriva till molnet med 100 miljoner fångade atomer. Fotoner användes för att båda väcka atomerna i ett högre energitillstånd, sätta de bitar som forskarna ville intrassla och producera en sammansvetsad foton som skulle skickas ner den optiska kabeln. Därefter behövde forskarna ändra fotonens frekvens så att den inte skulle gå vilse i de 50 km fiberoptiska kablarna lindade i deras labb. Slutligen kunde fotonen skickas på sin resa genom kabeln för att framgångsrikt trassla in det andra kvanta minnet.
Även om kvantförvirring mellan minnen uppnåddes har laget ännu inte utfört kvant teleportering av information mellan de två noderna. Forskarna sa att de hoppas att detta arbete kommer att bana väg för att skapa en webb av kvantrelästationer som skulle utöka intrasslad kommunikation till längre avstånd och så småningom leda till ett storskaligt kvantnätverk.
