Скоро квантовите компютри ще могат да се свързват помежду си на по-големи разстояния

Знаете ли, че квантовите трансмисии не могат да бъдат прехвърлени над град или океан, както конвенционалните сигнали за данни? Вместо това те трябва да се повтарят периодично с помощта на специализирани устройства, наречени квантови ретранслатори.

За да може технологията да се използва в бъдещите комуникационни мрежи, изследователите са разработили нов метод за свързване на квантови устройства на големи разстояния.

Тъй като ретранслаторите са на път да станат решаващи за свързването на отдалечени квантови компютри и за повишаване на сигурността в комуникационните мрежи в бъдеще, екип от изследователи от Принстън е описал подробно нов подход за изграждане на квантови ретранслатори в свое изследване, публикувано в списание Nature вчера.

Идеята включва ретранслатори, които предават светлина, съвместима с днешните телекомуникационни технологии, благодарение на един йон, вкаран в кристал.

Ефективно предаване

Видимият спектър, който се излъчва от някои други популярни квантови ретранслатори се разгражда бързо през оптичното влакно и трябва да се трансформира, преди да се изпрати на големи разстояния.

Според Джеф Томпсън, водещ автор на изследването, един-единствен редкоземен йон, имплантиран в кристал служи за основа на новата джаджа. Освен това, тъй като този йон произвежда светлина с перфектна дължина на вълната в инфрачервения диапазон, не е необходимо да преобразува сигналите, което може да доведе до по-прости и надеждни квантови комуникационни мрежи.

Конструкцията на устройството се състои от два компонента – наноскопично парче силиций, което е гравирано в J-образен канал, и кристал на калциев волфрам, който е легиран с малък брой ербиеви йони. Йонът излъчва светлина през кристала, когато е импулсиран от уникален лазер.

Силициевият компонент обаче, който е малка полупроводникова висулка, прикрепена към върха на кристала улавя и насочва отделните фотони към оптичния кабел.

Задълбочено тестване

Екипът започва работата си с йони на ербий преди няколко години, но кристалите, използвани в по-ранната им версия, предизвикват значителен шум. Този шум причинявал случайно прескачане на честотата на излъчваните фотони в процес, известен като спектрална дифузия.

От стотици хиляди потенциални материали те съкращават списъка до няколкостотин, след това до десетина, после до 3. Тестването на всеки от трите финалиста отнема 6 месеца. Екипът се спира на кристала калциев волфрам за постигането на идеални резултати.

Екипът използва интерферометър, който обединява два или повече източника на светлина, за да създаде интерференчна картина, за да докаже, че ербиевите йони в новия материал излъчват неразличими фотони и че „поставят сигнала доста над прага на hi-fi“.

Въпреки, че това изследване е огромно постижение, екипът сега работи за удължаване на периода, в който квантовите състояния могат да бъдат съхранени в ербиевия йон. Сега екипът се стреми да произведе калциев волфрам, който е по-много пречистен и има по-малко замърсители, които пречат на квантовите състояния.