Naučnici su prišli korak bliže kvantnom internetu nakon kreiranja prve multičvorne kvantne mreže na svetu. Istraživački centar QuTech iz Holandije stvorio je sistem koji se sastoji od tri kvantna čvora uvezana principima kvantne mehanike koji upravljaju subatomskim česticama.
Po prvi put je više od dva kvantna bita („kjubita“), koji obavljaju kalkulacije u kvantnom računanju, povezano u formi „čvorova“ ili mrežnih tačaka. Istraživači očekuju da će prve kvantne mreže pokrenuti pregršt računarskih aplikacija koje ne mogu da rade na klasičnim uređajima, uz brže računanje i naprednu kriptografiju.
„Omogućiće nam veću računarsku snagu, bezbedne mreže i povezivanje atomskih satova i teleskopa na nivoima koordinacije koji su bez presedana,“ kaže Mateo Pompili, član istraživačkog tima QuTech-a, sa sedištem na Univerzitetu za tehnologiju Delft u Holandiji. „Postoji mnoštvo primena koje trenutno ne možemo predvideti. Na primer, možemo napraviti algoritam koji će sprovoditi demokratske izbore na bezbedan način.“
Kao što je klasični računarski bit osnovna jedinica digitalne informacije, kjubit je osnovna jedinica kvantne informacije. Poput bita, i kjubit može biti 1 ili 0, što predstavlja dve moguće pozicije u računarskom sistemu. Ali tu se sličnosti završavaju. Zahvaljujući bizarnim zakonima kvantnog sveta, kjubit može postojati u superpoziciji stanja 1 i 0 do trenutka merenja, kada će se nasumično pretvoriti u 1 ili 0. Ovo neobično ponašanje je ključno za snagu kvantnog računanja, s obzirom da kjubit može da izvrši više operacija istovremeno.
Najveći izazov pri povezivanju kjubita u kvantnu mrežu jeste održavanje procesa kvantne zapletenosti, tj. onoga što je Albert Ajnštajn nazvao „sablasnom akcijom na daljinu“. To se dešava kada su dva kjubita uparena, tako da svaka promena jedne čestice uzrokuje promenu druge, čak i kada su međusobno veoma udaljene.
„Sablasna akcija na daljinu“ omogućava naučnicima da promene stanje jedne čestice menjajući stanje njenog udaljenog para, a rezultat je teleportovanje informacija. Međutm, održavanje stanja zapletenosti je težak zadatak, jer zapleteni sistem uvek može da interaguje sa spoljnim svetom i uništi se kroz proces dekoherencije. To znači da se kvantni čvorovi moraju držati na ekstremno niskim temperaturama, unutar uređaja koji se nazivaju kriostati. Drugo, fotoni koji se koriste u procesu zaplitanja ne smeju prelaziti velike razdaljine zbog mogućnosti apsorpcije i rasipanja, čime se prekida signala između dva čvora.
„Problem je u tome što, za razliku od klasičnih mreža, ne možete da pojačate kvantne signale. Ako pokušate da iskopirate kjubit, uništitićete original,“ kaže Pompili. „Ovo ograničava slanje kvantnih signala na nekoliko hiljada kilometara. Ako želite da uspostavite kvantnu komunikaciju sa nekim na drugom kraju sveta, trebaće vam relejni čvorovi.“
Da bi napravili zapletene fotone i usmerili ih na čvorove na pravi način, istraživači su morali da koriste složeni sistem ogledala i laserskog svetla. Najteži deo projekta bio je smanjenje uporne buke u sistemu, kao i precizna sinhronizacija svih lasera koji se koriste za proizvodnju fotona.
„Pričamo o tri do četiri lasera za svaki čvor, što je ukupno 10 lasera i tri kriostata koji svi moraju da rade istovremeno, zajedno sa svom elektronikom i sinhronizacijom,“ rekao je Pompili. Sistem od tri čvora se pokazao vrlo korisnim jer memorijski kubit omogućava kvantno zaplitanje jednog po jednog čvora, umesto da se sve radi odjednom. Nakon toga, informacije se mogu prenositi preko mreže.
Sledeći korak istraživača je pokušaj prenošenja informacija i poboljšanje osnovnih mrežnih komponenti, tako da sistem može da radi poput uobičajene računarske mreže. Takođe žele da testiraju sistem tako što će pokušati da uspostave vezu između Delfta i Haga, dva holandska grada udaljena oko 10 kilometara.
„Trenutno su svi naši čvorovi na udaljenosti od 10 do 20 metara. Da bi sistem postao upotrebljiv, moraćemo da pređemo kilometre. Po prvi put da ćemo uspostaviti vezu na velikoj razdaljini,“ dodaje Pompili.
(LiveScience-ZTP, foto: Marieke de Lorijn/QuTech)
