Η κβαντική τηλεμεταφορά σε τσιπ υπολογιστών

Η κβαντική τηλεμεταφορά δεν είναι σενάριο επιστημονικής φαντασίας. Νέες μελέτες αποδεικνύουν ότι οι κβαντικές ιδιότητες μπορούν να τηλεμεταφερθούν κατά βούληση, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά μια συσκευή που μοιάζει με τσιπ υπολογιστών.

Οι τεχνικές που αναφέρονται στις δύο νέες μελέτες αποτελούν σημαντικά βήματα προς την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών και εγγυώνται την ασφαλή επικοινωνία μέσω κβαντικών δικτύων, λέει ο φυσικός Eugene Polzik του University of Copenhagen, ο οποίος δεν συμμετείχε στα πειράματα.

Εικόνα 1: Ένα μυρμήγκι πάνω στην πρώτη συσκευή στερεάς κατάστασης, η οποία μοιάζει με τσιπ υπολογιστή και είναι ικανή να τηλεμεταφέρει κβαντική πληροφορία.

Σε αντίθεση με τους μεταφορείς Star Trek, η κβαντική τηλεμεταφορά δεν συμπεριλαμβάνει φυσικά αντικείμενα ή οργανισμούς. Αντί αυτού, μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες ενός σωματιδίου και να τις ενσωματώσει σε ένα νέο. Για ένα απλό σωματίδιο, όπως το φωτόνιο, η μεταφορά μπορεί να γίνει βάση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών: ένα φωτόνιο που έχει την ίδια πόλωση, ενέργεια και άλλα χαρακτηριστικά, όπως ένα άλλο φωτόνιο, θα μπορούσε κάλλιστα να είναι το ίδιο φωτόνιο σε κάποια άλλη τοποθεσία.

Η κβαντική τηλεμεταφορά δεν είναι εύκολο να επιτευχθεί επειδή οι ιδιότητες των κβαντικών σωματιδίων είναι αρκετά εύθραυστες. Ένας αποστολέας δεν μπορεί απλά να μετρήσει ένα σωματίδιο και να μοιραστεί αυτές τις ιδιότητες με ένα δέκτη, διότι η πράξη της μέτρησης αλλάζει το ίδιο το σωματίδιο. Το 1997, οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια τεχνική κβαντικής τηλεμεταφοράς, που περιστασιακά κατάφερνε να μεταφέρει ένα πολύ μικρό ποσοστό της συνολικής πληροφορίας. Από τότε, έχουν τηλεμεταφερθεί με επιτυχία φωτόνια για μεγάλες αποστάσεις μέσω οπτικών ινών, αλλά η διαδικασία παραμένει ασυνεπής.

Εικόνα 2: Μια  μικρογραφία ψευδού χρώματος δείχνει ένα από τα δύο μικροσκοπικά κυκλώματα που χρησιμοποιούνται σε πειράματα κβαντικής τηλεμεταφοράς.

Ο φυσικός Andreas Wallraff στο ETH Zurich και η ομάδα του, δημιούργησαν την πρώτη συσκευή στερεάς κατάστασης, η οποία μοιάζει με τσιπ υπολογιστή και είναι ικανή να τηλεμεταφέρει κβαντική πληροφορία. Το τσιπ περιέχει μικροσκοπικά κυκλώματα που το καθένα απ’αυτά συμπεριφέρεται σαν ένα άτομο. Τα κυκλώματα συνδέονται με χιλιοστομετρικές γραμμές διαβίβασης που μεταφέρουν ακτινοβολία μικροκυμάτων, η οποία περιπλέκει τα κυκλώματα, έτσι ώστε οι ιδιότητες του ενός να επηρεάζουν το άλλο. Προγραμματίζοντας ένα bit κβαντικής πληροφορίας στο κύκλωμα A, ο Wallraff και η ομάδα του, άλλαξαν το σήμα που φθάνει στο κύκλωμα Β. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν το σήμα αυτό για να καθορίσουν τις αρχικές ιδιότητες του κυκλώματος Α και να τις μεταφέρουν στο κύκλωμα Β. Το σύστημα τηλεμεταφοράς του Wallraff μεταφέρει με επιτυχία τις πληροφορίες σχεδόν σε κάθε προσπάθεια, και αυτό μπορεί να το κάνει περίπου 10.000 φορές ανά δευτερόλεπτο, μια άνευ προηγουμένου ταχύτητα για τα σημερινά δεδομένα.

Σε μια άλλη μελέτη, η ομάδα του Akira Furusawa στο University of Tokyo μετέφερε τις πληροφορίες μεταξύ των φωτονίων με σχεδόν τέλεια επιτυχία. Ο Polzik λέει ότι μια τέτοια τεχνική θα μπορούσε να είναι καθοριστική για τους κβαντικούς υπολογιστές.


Αρθρογραφεί ο Τζορτζ [Planitikos Team]

Πηγές

Steffen L, Salathe Y, Oppliger M, Kurpiers P, Baur M, Lang C, Eichler C, Puebla-Hellmann G, Fedorov A, Wllraff A. Deterministic quantum teleportation with feed-forward in a solid state system. Nature 500: 319-22, 2013. (Σύνδεσμος)

Takeda S, Mizuta T, Fuwa M, Loock P, Furusawa A. Deterministic quantum teleportation of photonic quantum bits by a hybrid technique. Nature 500: 315 - 318, 2013. (Σύνδεσμος)