Группа исследователей из Австралийского национального университета (ANU) объявила о разработке легированного ионами эрбия кристалла, который, по их мнению, может стать идеальным материалом для создания глобальной телекоммуникационной сети. Учитывая, что кристалл обладает «странными квантовыми свойствами», он может применяться в т. ч. для обустройства сети нового поколения — квантового Интернета. Эксперимент с кристаллами эрбия проводился под руководством доцента ANU Мэтью Селларса, пишет ZDNet.
По его словам, исследователям удалось значительно улучшить время хранения квантовой памяти — жизненно важного компонента для практического применения квантового Интернета. Нужно заметить, что запись квантового состояния (памяти) как носителя информации с последующим надежным воспроизведением является одной из базовых проблем квантовой механики над которой работают ученые во всем мире. В последнее время была предложена оптическая техника, позволяющая принципиально решить данную проблему путем использования возможностей эффекта электромагнитно-индуцированной прозрачности.
Теоретически единицу информации квантовых компьютеров (кубит) можно сохранить с помощью фотонов, которые изменяют энергетические уровни атомов. Состояния «0» и «1» обеспечиваются низкими и высокими уровнями энергии, однако считывать подобную информацию достаточно сложно — атомы могут просто разойтись или переизлучить фотон, содержащий кубит, в случайном направлении. Австралийские ученые предложили иной способ хранения квантового состояния. В его основе, как уже говорилось, лежит эрбий — ион редкоземельного элемента, обладающий уникальными квантовыми свойствами, которые позволяют ему передавать-принимать данные посредством волн длиной 1550 нм. Такие же волны используется в современных волоконно-оптических системах.
Другими словами, при передаче квантовых состояний применение эрбия устраняет необходимость в процессе преобразования и, что еще более важно, их передача осуществима в существующих телекоммуникационных сетях. Исследователи из Австралии доказали, что ионы эрбия в кристалле могут хранить квантовую информацию на протяжении секунды — в 10 тыс. раз дольше, чем позволяют методологии хранения, разработанные их коллегами. Если австралийцам удастся должным образом «разогнать» ионы редкоземельного элемента — это послужит отправной точкой для циркуляции квантовой информации по всей глобальной сети.
Как говорит Селларс, группа ученых начала работать над воплощением идеи хранения квантовых состояний ионами эрбия десять лет назад. «Такая память позволит нам буферизовать и синхронизировать информацию, что необходимо для квантовой связи на больших расстояниях», — добавил сотрудник Центра квантовых вычислительных и коммуникационных технологий ANU д-р Роуз Ахлефельдт. Новая технология может также работать как квантовый источник света или применяться для оптической связи между твердотельными квантовыми вычислительными устройствами, подключенными к квантовому Интернету.
ANU заявила, что ее материал не только совместим с существующей волоконной оптикой, но благодаря своей универсальности сможет работать со многими типами квантовых компьютеров, включая CQC2T. Последняя является архитектурой кремниевого 3D-чипа, основанной на одноатомных квантовых битах и совместима с технологией атомно-масштабного изготовления крупномасштабного квантового компьютера. Помимо этого разработанный ANU кристалл совместим со сверхпроводящими кубитами, разрабатываемыми Google и IBM.
В сентябре прошлого года физикам ANU удалось преодолеть ещё один рубеж на пути создания квантового Интернета — остановить свет. «Пока что оптические квантовые вычисления не выходят за стены лабораторий, но наш успешный эксперимент по остановке света приближает нас к этому», — сказал сотрудник Исследовательской школы физики и инженерии и Центра передового опыта по квантовой вычислительной технике и коммуникационным технологиям ANU д-р Джесси Эверетт.
Недавно новой разработкой в области квантовой механики отметились инженеры австралийского Университета Нового Южного Уэльса. Они разработали новый дизайн чипов под названием «Flip-flop», позволяющий создавать квантовые компьютеры с использованием той же кремниевой технологии, что используется сегодня. В отличие от магнитных кубиты «Flip-flop» можно контролировать с помощью электрических сигналов. Более того, их не нужно размещать так близко, как предполагалось ранее, или делать миниатюрные опорные линии. Исследователи говорят, что такие компании, как Google и IBM, пытаются создать сверхпроводящие схемы, но они могут столкнуться с проблемами, когда квантовые чипы будут иметь миллионы кубитов.
В ближайшем будущем квантовый Интернет может стать отдельным ответвлением обычного Интернета. Сейчас исследовательские группы по всему миру разрабатывают чипы, которые позволят обычному компьютеру подключаться к квантовой сети, но пока что в нее можно будет входить только для определенных задач. Например, она потребуется для усиления безопасности, например, чтобы отправить сообщение с использованием квантовой криптографии. Отправитель будет шифровать сообщение криптографическим шифром, который закодирован при помощи квантового сигнала. При перехвате квантового ключа сообщение будет моментально уничтожено.
Квантовый Интернет также может быть полезен для потенциальных схем квантовых вычислений. Такие компании, как Google и IBM, разрабатывают квантовые компьютеры, которые выполняют конкретные алгоритмы быстрее, чем любой существующий компьютер.
