Foto: Ilustracija
Naučnici iz Austrije i Njemačke eksperimentalno su potvrdili dvadeset godina staru teoriju kvantne spregnutosti, što bi moglo omogućiti jednostavnije i efikasnije širenje kvantnih računarskih sistema
Dvadeset godina nakon što je postavljena, jedna od ključnih teorija o kvantnoj spregnutosti (entanglementu) prvi put je eksperimentalno potvrđena. Naučnici smatraju da bi ovaj rezultat mogao predstavljati važan korak prema razvoju snažnijih i pouzdanijih kvantnih računara. Istraživanje su proveli fizičari s Instituta za nauku i tehnologiju Austrije (ISTA) i Tehničkog univerziteta u Minhenu. Njihov rad potvrđuje teoriju staru dvije decenije i predstavlja prototip koji bi mogao omogućiti jednostavnije proširenje procesa u kvantnom računarstvu.
Kvantna spregnutost opisuje neobičnu vezu između čestica koju klasična fizika ne može objasniti. Albert Einstein ovu je pojavu svojevremeno nazvao “sablasnim djelovanjem na daljinu” jer je smatrao da izgleda kao da informacije putuju trenutno, što bi bilo u suprotnosti s ograničenjem brzine svjetlosti.
Pojednostavljeno, ako su dvije čestice kvantno spregnute, mjerenje jedne odmah otkriva stanje druge, bez obzira na njihovu međusobnu udaljenost. Upravo je taj fenomen jedna od osnova kvantnog računarstva, koje bi moglo imati primjenu u mašinskom učenju, razvoju lijekova, digitalnim komunikacijama i drugim područjima.
U eksperimentu su istraživači koristili takozvanu “kvantnu kupku” sastavljenu od čestica svjetlosti kako bi povezali izolirane kubite – kvantne bitove koji predstavljaju osnovne jedinice informacija u kvantnim računarima. Za razliku od klasičnih bitova, koji mogu imati vrijednost 0 ili 1, kubiti mogu istovremeno postojati u oba stanja zahvaljujući fenomenu superpozicije.
Dosadašnje metode stvaranja kvantne spregnutosti uglavnom su zahtijevale stalnu kontrolu i precizno usklađivanje fotona. Novi pristup omogućava da se udaljeni kubiti povežu potpuno autonomno izlaganjem niskoenergetskim mikrovalovima, čime se dobija stabilna i praktično upotrebljiva kvantna spregnutost.
Prvi autor istraživanja Alejandro Andrés-Juanes objasnio je da je cilj bio premostiti razliku između oblika kvantne spregnutosti koji se lako mogu proizvesti i onih koji su zaista korisni u praktičnim primjenama.
– Stabilizacijom spregnutih stanja na daljinu naš pristup potpuno je autonoman i ne zahtijeva aktivnu kontrolu niti mjerenje, rekao je Andrés-Juanes.
Istraživači navode da se ovakav sistem može primijeniti na proizvoljnim udaljenostima, iako su u eksperimentu kubiti bili povezani kablom dugim oko 50 centimetara. Također ističu da jedan izvor spregnutih fotona može proizvoditi više povezanih parova. Metoda bi mogla biti korisna i za razvoj hibridnih kvantnih sistema, u kojima fotoni različitih frekvencija, poput optičke svjetlosti i mikrovalova, stabiliziraju spregnutost kubita koji rade na različitim energetskim nivoima.
Prema riječima Johannesa Finka, višeg autora studije, stabilna kvantna spregnutost posebno je važna jer ostaje dostupna i nakon očekivanog “životnog vijeka” kubita te se može koristiti kao resurs za daljnju kvantnu obradu podataka. Naučnici su potvrdili da su kubiti zaista bili međusobno usklađeni koristeći izuzetno kratke mikrovalne impulse koji traju svega milijarditi dio sekunde. Jedan od najvećih izazova kvantnog računarstva ostaje takozvana dekoherencija, gubitak kvantnih svojstava kubita, čime se smanjuju njihove računske prednosti.
Iako još nije poznato koliko će kvantni računari biti dostupni široj javnosti, istraživači smatraju da bi napredak u stabilizaciji kubita mogao ubrzati razvoj novih lijekova, unaprijediti optimizaciju transporta i otvoriti mogućnosti za širenje kvantnih mreža. Autori ističu da njihov sistem trenutno prenosi oko deset posto raspoložive kvantne spregnutosti, ali smatraju da se metoda može dodatno unaprijediti i primijeniti za povezivanje većeg broja udaljenih kubita.
Nastavak vijesti ispod oglasa
Rezultati istraživanja objavljeni su u naučnom časopisu Physical Review X.