Cercetătorii stabilesc prima rețea cuantică bazată pe confuzie

Impresia artistului despre rețeaua cuantică cu trei noduri. Credit: Matteo Pompili către QuTech

O echipă de cercetători de la QuTech din Olanda raportează realizarea primei rețele cuantice multi-nod, conectând trei procesoare cuantice. Mai mult, au realizat o demonstrație a principiului protocoalelor principale ale rețelei cuantice. Descoperirile lor marchează o etapă importantă pentru următorul internet cuantic și au fost publicate acum în ştiinţă.

Internet cuantic

Puterea internetului este că permite fiecărui două computere de pe Pământ să se conecteze între ele, permițând aplicațiilor să nu se scufunde în momentul creării sale cu zeci de ani în urmă. Astăzi, cercetătorii din numeroase laboratoare din întreaga lume lucrează la primele versiuni ale unui Internet cuantic – o rețea care poate conecta oricare două dispozitive cuantice, cum ar fi calculatoare cuantice sau senzori, pe distanțe mari. În timp ce internetul de astăzi distribuie informații în biți (care pot fi 0 sau 1), un Internet cuantic viitor va folosi biți cuantici care pot fi 0 și 1 în același timp. „Un internet cuantic va deschide o gamă întreagă de aplicații noi, de la comunicare neobosită și cloud computing, cu confidențialitate completă a utilizatorului, până la cronometrarea de înaltă precizie”, spune Matteo Pompili, doctorand și membru al echipei. „Și la fel ca în cazul internetului în urmă cu 40 de ani, probabil că există o mulțime de aplicații pe care nu le putem prezice chiar acum”.

Lucrul la un nod cuantic

Cercetătorii lucrează la unul dintre nodurile rețelei cuantice, unde oglinzile și filtrele direcționează fasciculele laser către cipul diamantat. Credit: Marieke de Lorijn pentru QuTech

Către conexiunea omniprezentă

Primii pași către o cuantă pe Internet au fost luați în ultimul deceniu prin conectarea a două dispozitive cuantice care au partajat o conexiune fizică directă. Cu toate acestea, capacitatea de a transmite informații cuantice prin noduri intermediare (analoage cu routerele de pe internetul clasic) este esențială pentru crearea unei rețele cuantice scalabile. În plus, multe aplicații web cuantice promițătoare se bazează pe biți cuantici încurcați, pentru a fi distribuiți între mai multe noduri. Împletirea este un fenomen observat la scara cuantică, conectând în esență particule la distanțe mici și chiar la distanțe mari. Oferă computerelor cuantice puterea lor mare de calcul și este sursa principală pentru partajarea informațiilor cuantice pe viitorul internet cuantic. Realizând rețeaua lor cuantică în laborator, o echipă de cercetători de la QuTech – o colaborare între Universitatea Tehnologică Delft și TNO – este prima care conectează doi procesoare cuantice printr-un nod intermediar și stabilește confuzia comună între mai multe procesoare cuantice independente.


O animație care explică prima rețea cuantică rudimentară din lume. Credit: Slotplot pentru QuTech

Funcționare cu rețea cuantică

Rețeaua cuantică rudimentară este formată din trei noduri cuantice, la o anumită distanță în cadrul aceleiași clădiri. Pentru ca aceste noduri să funcționeze ca o rețea reală, cercetătorii au trebuit să inventeze o nouă arhitectură care să permită scalarea dincolo de o singură conexiune. Nodul din mijloc (numit Bob) are o conexiune fizică la cele două noduri exterioare (numite Alice și Charlie), permițând stabilirea conexiunilor de încurcare cu fiecare dintre aceste noduri. Bob este echipat cu un bit cuantic suplimentar care poate fi folosit ca memorie, permițând stocarea unei conexiuni cuantice create anterior în timp ce se stabilește o nouă conexiune. După stabilirea legăturilor cuantice Alice-Bob și Bob-Charlie, un set de acțiuni cuantice din Bob transformă aceste legături într-o legătură cuantică Alice-Charlie. În caz contrar, prin efectuarea unui alt set de operații cuantice pe Bob, se creează confuzie între cele trei noduri.

Matteo Pompili și Sophie Hermans

Coautorii Matteo Pompili (stânga) și Sophie Hermans (dreapta), ambii doctoranzi în grupul lui Ronald Hanson, la unul dintre nodurile rețelei cuantice. Credit: Marieke de Lorijn pentru QuTech

Gata pentru utilizare ulterioară

O caracteristică importantă a rețelei este că anunță finalizarea cu succes a acestor protocoale (în esență posibile) cu un semnal de „semnalizare”. Un astfel de anunț este esențial pentru scalabilitate, întrucât într-un viitor internet cuantic, multe dintre aceste protocoale vor trebui combinate. „Odată create, am reușit să salvăm stările confuze rezultate, protejându-le de zgomot”, spune Sophie Hermans, un alt membru al echipei. “Aceasta înseamnă că, în principiu, putem folosi aceste stări pentru distribuția cuantică a cheilor, un calcul cuantic sau orice alt protocol cuantic ulterior.”

Demonstrator web cuantic

Această primă rețea cuantică bazată pe probleme oferă cercetătorilor un strat de testare unic pentru dezvoltarea și testarea echipamentelor cuantice de internet, software și protocoale. „Următorul Internet cuantic va consta din nenumărate dispozitive cuantice și noduri intermediare”, spune Ronald Hanson, care a condus echipa de cercetare. „Colegii de la QuTech caută deja compatibilitatea viitoare cu infrastructurile de date existente.” În timp util, abordarea actuală a testului de principiu va fi testată în afara laboratorului pe fibrele de telecomunicații existente – la QuTech Internet Quantum Demonstrator, de la care prima conexiune metropolitană este programată să se încheie în 2022.

Straturi de nivel superior

În laborator, cercetătorii se vor concentra pe adăugarea mai multor biți cuantici la rețeaua lor cu trei noduri și adăugarea unor niveluri mai ridicate de straturi software și hardware. Pompili: „Odată ce toate interfețele de control la nivel înalt și de gestionare a rețelei au fost dezvoltate, oricine va putea scrie și executa o aplicație de rețea fără a fi nevoie să înțeleagă cum funcționează laserele și criostatele. Acesta este scopul final. ”

Referință: „Realizarea unei rețele cuantice multinode de stări solide în stare solidă” de M. Pompili, SLN Hermans, S. Baier, HKC Beukers, PC Humphreys, RN Schouten, RFL Vermeulen, MJ Tiggelman, L. dos Santos Martins, B Dirkse, S. Wehner și R. Hanson, 16 aprilie 2021, ştiinţă.
DOI: 10.1126 / science.abg1919

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.