Ny kvantestrategi: Spin-qubits revolutionerer teknologien!

Ny kvantestrategi: Spin-qubits revolutionerer teknologien!

Kvanteteknologiernes verden står over for spændende udviklinger, der har potentialet til fundamentalt at revolutionere informationsbehandling. På Karlsruhe Institute of Technology (KIT) arbejder forskere på innovative metoder til at forbedre spin-qubits, som er afgørende for kvanteberegning og andre applikationer. Elektroner, som har deres eget vinkelmomentum, spindet, fungerer som bittesmå magneter og er i stand til at fungere som kvantebits i kvanteinformationsbehandling. Disse qubits kan antage ikke kun de klassiske tilstande 0 og 1, men også superpositioner, som signifikant øger informationstætheden og systemkompleksiteten. Denne alsidighed gør spin-qubits særligt lovende til fremtidige applikationer inden for kvantekommunikation, højpræcisionsregistrering og som lagerenheder i kvantecomputere, som f.eks. SÆT rapporteret.

En særlig udfordring er design og kontrol af spinstrukturer på atomniveau. Dette omfatter også ikke-destruktiv læsning af information. I deres seneste publikation i Nature Communications præsenterer KIT-forskere en ny strategi for at forbedre levetiden og kontrollen af ​​molekylære spin-qubits. Denne strategi bygger på en dobbeltmagnetstruktur, der integrerer to jernatomer i et molekyle. Et jernatom er permanent indlejret i molekylet, mens det andet er selektivt forankret for at muliggøre præcis interaktion. Denne struktur beskytter den resterende del af systemet og forlænger spindets levetid med fem gange. Denne komplekse struktur er skabt ved hjælp af den fine spids af et scanningstunnelmikroskop. Det er værd at bemærke, at dette specifikke arrangement ikke forekommer i naturen, og fremtidige modulære molekyler kan danne mere stabile enheder til kvanteteknologier.

Potentiale for kvantekommunikation og sikkerhed

Parallelt med denne udvikling inden for kvanteinformationsbehandling arbejder Fraunhofer Instituttet på brugen af ​​entangled quanta for at sikre kommunikation og forbedre billeddannelse. Dr. Erik Beckert har udviklet en fotonkilde, der producerer imponerende 300.000 sammenfiltrede fotonpar i sekundet. Disse tvillingefotoner er knyttet sammen, så måling af den ene foton afslører den andens tilstand – en egenskab, der kan bruges til fysisk kryptering for at forhindre hacking og datalæk. Beckert forklarer, at fremtidige kvantenøgler kan distribueres til kommunikationspartnere via satellit. Hvis der blev lavet et aflytningsforsøg, ville sammenfiltringen blive slukket, hvilket gør interferensen sporbar.

Den første europæiske kvantekrypteringssatellit er planlagt til at blive opsendt i rummet i 2022, og Beckert og hans team er involveret i udviklingen af ​​den. Kvantekryptering er af særlig interesse for den finansielle industri, telekommunikationsudbydere og statslige organisationer. QuNET-projektet lanceres i et omfattende initiativ, der involverer Fraunhofer, Max Planck og DLR. Målet med dette projekt er at opbygge et meget sikkert kommunikationsnetværk mellem offentlige lokationer med det langsigtede mål at muliggøre kvantekryptografisk sikret netbank.

Udviklingen inden for kvantekommunikation

Derudover arbejder 17 partnere fra Europa i UNIQORN-projektet for at skabe overkommelig kvantekommunikation til massemarkedet. Hos Fraunhofer HHI i Berlin udvikles miniaturiserede og kvantekompatible komponenter, som muligvis kan integreres i routere. Målet er at reducere omkostningerne ved kvantekommunikation med op til 90 procent. Disse teknologiske fremskridt lover ikke kun at holde information sikker, men også at revolutionere den måde, vi forstår global kommunikation på.

Samlet set er vi ved et vendepunkt i forskningen i kvantearkitekturer og deres praktiske anvendelser. Spin qubits og kvantekommunikation kan lægge grundlaget for en ny æra inden for informationsbehandling og samtidig sikre datasikkerhed i en stadig mere digitaliseret verden.