Nová kvantová strategie: Spin qubits přináší revoluci do technologie!

Nová kvantová strategie: Spin qubits přináší revoluci do technologie!

Svět kvantových technologií čelí vzrušujícímu vývoji, který má potenciál zásadně změnit zpracování informací. V Karlsruhe Institute of Technology (KIT) výzkumníci pracují na inovativních metodách pro zlepšení spinových qubitů, které jsou klíčové pro kvantové výpočty a další aplikace. Elektrony, které mají svůj vlastní moment hybnosti, spin, působí jako drobné magnety a jsou schopny fungovat jako kvantové bity při kvantovém zpracování informací. Tyto qubity mohou nabývat nejen klasických stavů 0 a 1, ale také superpozice, které výrazně zvyšují informační hustotu a složitost systému. Díky této všestrannosti jsou spinové qubity obzvláště slibné pro budoucí aplikace v kvantové komunikaci, vysoce přesném snímání a jako úložná zařízení v kvantových počítačích, jako je např. KIT hlášeno.

Zvláštní výzvou je návrh a řízení spinových struktur na atomové úrovni. Patří sem také nedestruktivní čtení informací. Ve své nejnovější publikaci v Nature Communications vědci z KIT představují novou strategii pro zlepšení životnosti a kontroly molekulárních spinových qubitů. Tato strategie se opírá o strukturu dvojitého magnetu, která integruje dva atomy železa do jedné molekuly. Jeden atom železa je trvale zabudován v molekule, zatímco druhý je selektivně ukotven pro umožnění přesné interakce. Tato struktura chrání zbývající část systému a pětinásobně prodlužuje životnost odstřeďování. Tato složitá struktura je vytvořena pomocí jemného hrotu rastrovacího tunelového mikroskopu. Stojí za zmínku, že toto specifické uspořádání se v přírodě nevyskytuje a budoucí modulární molekuly by mohly tvořit stabilnější jednotky pro kvantové technologie.

Potenciál pro kvantovou komunikaci a bezpečnost

Souběžně s tímto vývojem v oblasti kvantového zpracování informací pracuje Fraunhoferův institut na využití provázaných kvant pro zajištění komunikace a zlepšení zobrazování. Dr. Erik Beckert vyvinul zdroj fotonů, který produkuje působivých 300 000 propletených fotonových párů za sekundu. Tyto dvojité fotony jsou propojeny, takže měření jednoho fotonu odhalí stav druhého – vlastnost, kterou lze použít pro fyzické šifrování, aby se zabránilo hackování a únikům dat. Beckert vysvětluje, že budoucí kvantové klíče mohou být distribuovány komunikačním partnerům přes satelit. Pokud by došlo k pokusu o odposlouchávání, zapletení by bylo uhašeno, čímž by bylo rušení zjistitelné.

První evropský satelit s kvantovým šifrováním má být vypuštěn do vesmíru v roce 2022 a na jeho vývoji se podílí Beckert a jeho tým. Kvantové šifrování je zvláště zajímavé pro finanční průmysl, poskytovatele telekomunikací a vládní organizace. Projekt QuNET se spouští v rámci komplexní iniciativy zahrnující Fraunhofer, Max Planck a DLR. Cílem tohoto projektu je vybudovat vysoce bezpečnou komunikační síť mezi vládními místy s dlouhodobým cílem umožnit kvantově kryptograficky zabezpečené online bankovnictví.

Vývoj v kvantové komunikaci

Kromě toho 17 partnerů z Evropy pracuje v projektu UNIQORN na vytvoření dostupné kvantové komunikace pro masový trh. Ve Fraunhofer HHI v Berlíně se vyvíjejí miniaturizované a kvantově kompatibilní komponenty, které by mohly být případně integrovány do routerů. Cílem je snížit náklady na kvantovou komunikaci až o 90 procent. Tyto technologické pokroky slibují nejen udržet informace v bezpečí, ale také způsobit revoluci ve způsobu, jakým rozumíme globální komunikaci.

Celkově jsme na přelomu ve výzkumu kvantových architektur a jejich praktických aplikací. Spin qubits a kvantová komunikace by mohly položit základy pro novou éru ve zpracování informací a zároveň zajistit bezpečnost dat ve stále více digitalizovaném světě.