A kvantuminternethez vezető első lépés egy dobbal kezdődik. Azonban ez nem akármilyen dob, hanem egy olyan eszköz, amely a fényjeleket hangrezgésekké alakítja.

A Physical Review Letters folyóiratban publikált tanulmány mögött álló munka nem máshol, mint Niels Bohr egykori irodája alatt zajlott. A tükröktől, lézerektől és tudományos eszközöktől zsúfolt laboratórium az avatatlanok számára ugyan kaotikusnak tűnhet, de ez a csúcstechnológiájú kvantumfizikai kutatások központja. Az egyik leginkább érdekes projekt ezek közül pedig a kvantumdob: egy kis, lyukakkal tarkított kerámia membrán.

A dob rezeg a lézerfény hatására – gyors, interferenciamentes oszcillációi pedig a kvantummechanika elveit követik.

Mindez figyelemre méltó – legalábbis az ilyen kutatások iránt érdeklődők számára, de mire lehet jó egy ilyen szerkezet? A kutatók a dobot kvantummemóriaként szeretnék felhasználni, ami a biztonságos és gyors kvantuminternet egyik alappillére lehetne. Az elképzelés szerint a kvantumszámítógépből fényként kibocsátott kvantumadatok – például a jelenlegi nagy sebességű interneten használt száloptikai kábeleken keresztül – vibrációként tárolhatóak a dobban. Ezeket az adatokat szükség esetén fényként újra ki lehet bocsátani anélkül, hogy elveszítené kvantumkoherenciáját, ami gyakori rákfenéje a jelenlegi kvantuminformációs rendszereknek.

Mads Bjerregaard Kristensen, az intézet posztdoktori kutatója és a tanulmány vezető szerzője minderről így nyilatkozott:

“A kvantummemória elengedhetetlen a kvantuminformációk nagy távolságokra történő továbbításához. A technológiánk egy olyan jövőbeli internet alapja, amely kvantumsebességgel és páratlanul biztosnágosan működhet.”

A technológia lényege tehát, hogy képes megőrizni a kvantuminformáció integritását nagy távolságokon keresztül. Jelenleg az optikai kábelekben megjelenő zaj ugyanis elfedheti az adatokat, és a jelek erősítésének a hagyományos módszerei nem kompatibilisek a kvantuminformációkkal, amelyeket nem lehet hatékonyan átalakítani bináris adatokká anélkül, hogy éppen a fent említett biztonság és a sebesség ne látná ennek a kárát.

A kvantumdob épp ezért szolgálhat gyógyírként erre a jelentős problémára: közvetítőpontként ugyanis megőrzi az adatok kvantumállapotát, miközben minimális zajinterferenciával újrasugározza azokat. Ez pedig megkönnyíti a nagy sebességű, biztonságos kapcsolatokat akár hatalmas távolságokon keresztül egy kvantuminterneten, olyan tulajdonságok felhasználásával, mint a szuperpozíció és az összefonódás.

Albert Schliesser, a tanulmány társszerzője és az intézet professzora így nyilatkozott a kvantumdobról:

“Csekély jelveszteség mellett képes kezelni a modern optikai kábelekben használt összes fényfrekvenciát. Nagyon praktikus, mert az adatok szükség szerint tárolhatók és visszakereshetők.”

A kutatás során a dob jelenlegi memóriakapacitása rekordot döntő 23 milliszekundumot ért el, ami nagyon komoly eredmény ezen a területen. Ez ugyanis lehetővé teszi a jövőben, hogy a kvantumdobot kvantum RAM-ként használják a kvantuminformációk feldolgozása céljából.

A kutatás így két szempontból is fontos: egyrészt előmozdítja a kvantummechanika megértését, de ezzel egyidőben megteremti a technikai alapokat is a jövőbeli kvantumszámítástechnika és kommunikáció infrastruktúrájához.

(A kvantumdob, forrás: Julian Robinson-Tait)