Inženjeri razvili univerzalni prevodilac za kvantne računare

Istraživači sa Univerziteta Britanske Kolumbije (UBC) predložili su rešenje za jedan od ključnih izazova kvantnog umrežavanja: uređaj koji može da pretvara mikrotalasne signale u optičke – i obrnuto.

Proboj sa silicijumom mogao bi da postavi temelje za globalni kvantni internet

Ova tehnologija bi mogla da funkcioniše kao univerzalni prevodilac za kvantne računare, omogućavajući im komunikaciju na velikim udaljenostima.

Uređaj može da konvertuje do 95% signala, uz gotovo nultu dodatnu buku, i u potpunosti je smešten na silicijumski čip – isti materijal koji se koristi u običnim računarima.

„To je kao da ste pronašli prevodioca koji tačno prenosi skoro svaku reč, čuva poruku netaknutom i ne dodaje pozadinsku buku“, kaže autor studije Mohammad Khalifa, koji je istraživanje sproveo tokom doktorskih studija na UBC fakultetu primenjenih nauka i u UBC Blusson institutu za kvantnu materiju.

„Najvažnije je to što uređaj čuva kvantne veze između udaljenih čestica i radi u oba smera. Bez toga bismo imali samo skupe pojedinačne računare. Sa tim uređajem, dobijamo pravu kvantnu mrežu.“

Kako funkcioniše

Kvantni računari koriste mikrotalasne signale za obradu informacija. Međutim, da bi se te informacije prenosile između gradova ili kontinenata, moraju se pretvoriti u optičke signale koji mogu da putuju kroz optičke kablove.

Ti optički signali su izuzetno osetljivi i čak i najmanji poremećaj prilikom konverzije može da ih uništi.

To predstavlja ozbiljan izazov za održavanje kvantne spregnutosti (entanglement) – ključnog fenomena na kojem se zasnivaju kvantni računari, gde dve čestice ostaju povezane bez obzira na međusobnu udaljenost.

Ajnštajn je to nazivao „jeziva akcija na daljinu“. Ako se spregnutost izgubi, nestaje i kvantna prednost.

Uređaj koji su razvili istraživači sa UBC-a, opisan u časopisu npj Quantum Information, mogao bi da omogući kvantnu komunikaciju na velikim udaljenostima uz očuvanje spregnutosti.

Silicijumsko rešenje

Model koji je tim razvio predstavlja konverter između mikrotalasnih i optičkih fotona, koji može da se proizvede na silicijumskoj ploči.

Proboj leži u minijaturnim, veštački stvorenim manama – magnetskim defektima koji su namerno ugrađeni u silicijum kako bi se kontrolisala njegova svojstva.

Kada su mikrotalasni i optički signali precizno podešeni, elektroni u tim defektima konvertuju jedan signal u drugi bez apsorpcije energije, čime se izbegava nestabilnost koja muči druge metode prenosa.

Uređaj takođe radi izuzetno efikasno pri vrlo niskoj potrošnji energije – u rangu milionitog dela vata.

Autori su predložili praktičan dizajn koji koristi superprovodne komponente, materijale koji savršeno provode struju, zajedno sa posebno projektovanim silicijumom.

Šta sledi

Iako je rad za sada još u teorijskoj fazi, predstavlja važan korak ka kvantnom umrežavanju.

„Nećemo sutra imati kvantni internet – ali ovim je uklonjena jedna velika prepreka“, kaže glavni autor studije dr Joseph Salfi, docent na odseku za elektrotehniku i računarsko inženjerstvo i glavni istraživač u UBC Blusson QMI institutu.

„Trenutno je pouzdano slanje kvantnih informacija između gradova i dalje veoma teško.

Naš pristup bi to mogao da promeni: konverteri zasnovani na silicijumu mogli bi da se proizvode korišćenjem postojeće tehnologije za izradu čipova i lako integrišu u današnju komunikacionu infrastrukturu.“

U budućnosti, kvantne mreže bi mogle omogućiti praktično neprobojnu internet bezbednost, GPS koji funkcioniše i u zatvorenim prostorima, kao i rešenje problema koji su danas izvan domašaja, poput dizajniranja novih lekova ili znatno preciznijeg predviđanja vremena.

Izvor: PC Press