Splątanie uwięzionych jonów na dystansie przekraczającym 200 metrów
Nie jeden, nie dwa, ale aż 230 metrów – to właśnie w takiej odległości znajdowały się dwa jony, do których splątania udało się doprowadzić badaczom realizującym finansowany ze środków Unii Europejskiej projekt QIA. Osiągnięcie skutecznego splątania pomimo dużej odległości pokazuje, że uwięzione jony mogą być wykorzystane do budowania sieci kwantowych przecinających całe miasta, a w przyszłości także kontynenty. Doświadczenie zostało opisane w opracowaniu opublikowanym na łamach czasopisma naukowego „Physical Review Letters”.
Obiecujące uwięzione jony
W komputerach kwantowych wykorzystujących technologię uwięzionych jonów, jony – atomy posiadające ładunek elektryczny – są zawieszone i zamknięte w polu elektromagnetycznym jako bity kwantowe, czyli kubity. Tego rodzaju kubity są obiecującym rozwiązaniem dla informatyki kwantowej, jednakże budowa sieci kwantowych jest znacznie większym wyzwaniem; wymaga bowiem przekazywania delikatnych stanów kwantowych kubitów na duże odległości. Zespołowi badawczemu pod kierownictwem prof. Tracy Northup i dra Bena Lanyona z Uniwersytetu w Innsbrucku – instytucji będącej jednym z partnerów projektu QIA – udało się wykazać, że jest to możliwe poprzez osiągnięcie stanu splątania dwóch uwięzionych jonów znajdujących się w różnych budynkach. Jak dowiadujemy się z informacji prasowej opublikowanej na stronie projektu QIA, badacze najpierw uwięzili jony w optycznych wnękach, dzięki czemu informacja kwantowa mogła być efektywnie przenoszona na cząstki światła, czyli fotony. Fotony miały być następnie przesyłane przez światłowody, co pozwoliłoby na połączenie jonów znajdujących się w różnych miejscach. Na potrzeby doświadczenia badacze ustawili dwa systemy kwantowe w dwóch laboratoriach znajdujących się na terenie Campus Technik Uniwersytetu w Innsbrucku. Jeden znajdował się w budynku uniwersyteckiego Wydziału Fizyki Eksperymentalnej, a drugi w budynku, w którym mieści się Instytut Optyki Kwantowej i Informatyki Kwantowej Austriackiej Akademii Nauk. „Dotychczas naukowcom udało się uzyskać stan splątania dwóch uwięzionych jonów znajdujących się w odległości zaledwie kilku metrów w tym samym laboratorium”, zauważa dr Lanyon, którego wypowiedź została zacytowana w informacji prasowej. „Co więcej, rezultaty ich doświadczeń udało się osiągnąć przy użyciu wspólnych systemów sterowania i fotonów o długości fali, która nie pozwala na przesył informacji na większe odległości”. Dzięki wieloletnim badaniom naukowcom udało się osiągnąć splątanie dwóch jonów znajdujących się w dwóch różnych częściach kampusu. „Aby to osiągnąć, wysłaliśmy pojedyncze fotony splątane z jonami przez 500-metrowy światłowód i nałożyliśmy je na siebie, przenosząc stan splątania na dwa odległe jony”, wyjaśnia prof. Northup. „Nasze wyniki pokazują, że uwięzione jony są obiecującym rozwiązaniem, które może umożliwić realizację rozproszonych sieci komputerów kwantowych, czujników kwantowych i zegarów atomowych”. Dalekosiężnym celem projektu QIA (Quantum Internet Alliance) jest zbudowanie globalnego internetu kwantowego opartego na europejskich technologiach, który umożliwi komunikację kwantową pomiędzy dowolnymi dwoma punktami na Ziemi. Aby osiągnąć ten cel, zespół projektu zaprosił do współpracy 40 czołowych europejskich uniwersytetów, spółek oraz organizacji badawczych. Projekt dobiegnie końca w 2026 roku. Więcej informacji: strona projektu QIA
Słowa kluczowe
QIA, jon, kwantowy, sieć kwantowa, informacja kwantowa, uwięziony jon, foton, kubit, splątanie
