A kvantumszámítógépek kommunikációjának alapegysége a qubit, amely a szuperpozíció állapotában egyszerre nulla és egy értéket is felvehet, így a hagyományos biteket használó gépeknél komplexebb számítások végezhetőek el a segítségükkel. A qubitek szerepére több jelentkező is akad, a kvantumszámítógépeket építő cégek általában csapdába ejtett ionokkal vagy szupravezetőkkel építik fel a rendszereiket, de ezek a megoldások kriogenikus, vagyis nagyon alacsony hőmérsékletű hűtést igényelnek, amely a gépek méretét, bonyolultságát és költségeit is növeli. A fotonokat használó gépek ezzel ellentétben működhetnek szobahőmérsékleten is, ami nagy könnyebbséget jelent az üzemeltetésük szempontjából, de a fotonokkal is van egy kis probléma: a velük végzett számítások közben sokuknak nyoma vész, így csak nagy veszteségekkel, illetve gyakran előre kiszámíthatatlan módon valósítják meg a kommunikációt.

Legalábbis az eddigi kísérletek során így volt. Most azonban eggyel közelebb kerültek a mérnökök hozzá, hogy megbízható foton alapú kvantumszámítógépeket és kvantumhálózatokat hozhassanak létre, és nyomon tudják követni a szökevény részecskéket. A korábbi vizsgálatokban a fotonokat csak akkor lehetett megfigyelni, ha azok vagy egy helyben maradtak, vagy a megfigyelés során kvantumállapotot váltottak, esetleg megsemmisültek, ez pedig problémákat okoz a részecskék hordozta információk átadása szempontjából. A Max Planck Intézet fizikusai azonban olyan detektort fejlesztettek, amelyből a foton károsodás nélkül tud szabadulni, így többször is megfigyelhető marad útja közben.

A detektor egy vákuumkamrában elhelyezett rubídiumatomból áll, amely köré két tükröt állítottak, a fotont hordozó optikai szál hosszában pedig két ilyen eszközt helyeztek el egymástól hatvan méter távolságra, amelyek a fő egységhez egy-egy rövidebb optikai szállal kapcsolódtak. A Nature leírása szerint a detektorba belépő részecskék a tükrök között 20 000-szer verődtek vissza, majd folytatták útjukat a következő állomásig. A folyamat során az atom kvantumállapota megváltozott, de a fotonoké nem, így az általuk hordozott információ kiolvasható maradt, miközben a rubídiumatom változása jelezte a fotonok interakcióját. Elméletileg ez a módszer lehetőséget ad rá, hogy sok detektor összekötésével akár egész hosszú úton is követhető maradjon az információ, de a gyakorlatban a valószínűsége annak, hogy időközben a fotonok mégis elvesznek az interakció során, nagyjából harminc százalékos, ezért körültekintően kell megválasztani a detektorok pontos helyét.

A jövőben a kvantumkommunikációs hálózatok sokkal megbízhatóbbá válhatnak ezzel a módszerrel, mivel, ha a fotonok szétszóródását nem is tudják megakadályozni, de azonnal számot adathatnak az eltűnésükről. Amennyiben egy detektor a qubitet hordozó részecske hiányát regisztrálja, a rendszert működtető szakemberek azonnal újraindíthatják a folyamatot, nem kell megvárniuk, amíg a teljes közvetítés lezajlik - mondja Stephan Welte, a Max Planck Intézet kvantumfizikusa. A kutatók szerint az adatbiztonság miatt sem kell aggódni a kvantumhálózatok felhasználóinak, mivel a detektorokkal a foton információját nem lehetséges kiolvasni, pusztán a jelenlétét tudják ellenőrizni, az eszköz pedig széleskörűen integrálható minden típusú rendszerbe: a szupravezető qubitokra építőkbe ugyanúgy, ahogy a kvantum pontokat vagy ritkaföld ionokat alkalmazókba is.

(Fotó: Getty Images/gremlin)

További cikkek a témában:

A világ legnyugodtabb helyét nem a térképen kell keresnünk Egy egészen apró tárgy segítheti a fizikusokat az univerzum legfinomabb erőinek megismerésénél.
Létrehozták az első programozható kvantumhálózatot, a következő lépés már a kvantuminternet A kvantumvilág különös szabályainak alkalmazásával osztottak meg információt egy köztes csomóponton keresztül, vagyis már nem csak közvetlen kvantumösszefonódással, hanem valódi hálózaton keresztül is működik a rendszer.
A megállított fény tárolása és mozgatása egy kvantumfizikai áttörés nyomán A fényt már sok mindenre rávettük, amit korábban lehetetlennek tartottunk. Meghajlítottuk, visszavertük, lelassítottuk, és a kutatók most annak is megtalálták a módját, hogy csapdába ejtsék a fényt, fizikailag tetszés szerint mozgassák, majd újra útjára engedjék.