Νέα κβαντική στρατηγική: Τα spin qubits φέρνουν επανάσταση στην τεχνολογία!

Νέα κβαντική στρατηγική: Τα spin qubits φέρνουν επανάσταση στην τεχνολογία!

Ο κόσμος των κβαντικών τεχνολογιών αντιμετωπίζει συναρπαστικές εξελίξεις που έχουν τη δυνατότητα να φέρουν θεμελιώδη επανάσταση στην επεξεργασία πληροφοριών. Στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης (KIT), οι ερευνητές εργάζονται σε καινοτόμες μεθόδους για τη βελτίωση των spin qubits, τα οποία είναι ζωτικής σημασίας για τον κβαντικό υπολογισμό και άλλες εφαρμογές. Τα ηλεκτρόνια, τα οποία έχουν τη δική τους γωνιακή ορμή, το σπιν, λειτουργούν ως μικροσκοπικοί μαγνήτες και είναι σε θέση να λειτουργούν ως κβαντικά bit στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών. Αυτά τα qubits μπορούν να υποθέσουν όχι μόνο τις κλασικές καταστάσεις 0 και 1, αλλά και υπερθέσεις, οι οποίες αυξάνουν σημαντικά την πυκνότητα πληροφοριών και την πολυπλοκότητα του συστήματος. Αυτή η ευελιξία κάνει τα spin qubits ιδιαίτερα ελπιδοφόρα για μελλοντικές εφαρμογές σε κβαντικές επικοινωνίες, ανίχνευση υψηλής ακρίβειας και ως συσκευές αποθήκευσης σε κβαντικούς υπολογιστές, όπως π.χ. ΕΡΓΑΛΕΙΟΘΗΚΗ αναφέρθηκε.

Μια ιδιαίτερη πρόκληση είναι ο σχεδιασμός και ο έλεγχος δομών σπιν σε ατομικό επίπεδο. Αυτό περιλαμβάνει επίσης τη μη καταστροφική ανάγνωση πληροφοριών. Στην τελευταία τους δημοσίευση στο Nature Communications, οι επιστήμονες του KIT παρουσιάζουν μια νέα στρατηγική για τη βελτίωση της διάρκειας ζωής και του ελέγχου των qubits μοριακής περιστροφής. Αυτή η στρατηγική βασίζεται σε μια δομή διπλού μαγνήτη που ενσωματώνει δύο άτομα σιδήρου σε ένα μόριο. Το ένα άτομο σιδήρου είναι μόνιμα ενσωματωμένο στο μόριο, ενώ το άλλο είναι επιλεκτικά συνδεδεμένο για να επιτρέψει την ακριβή αλληλεπίδραση. Αυτή η δομή προστατεύει το υπόλοιπο τμήμα του συστήματος και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του στυψίματος κατά πέντε φορές. Αυτή η πολύπλοκη δομή δημιουργείται χρησιμοποιώντας το λεπτό άκρο ενός μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η συγκεκριμένη διάταξη δεν συμβαίνει στη φύση και τα μελλοντικά αρθρωτά μόρια θα μπορούσαν να σχηματίσουν πιο σταθερές μονάδες για κβαντικές τεχνολογίες.

Δυνατότητα για κβαντική επικοινωνία και ασφάλεια

Παράλληλα με αυτές τις εξελίξεις στον τομέα της κβαντικής επεξεργασίας πληροφοριών, το Ινστιτούτο Fraunhofer εργάζεται για τη χρήση εμπλεκόμενων κβαντών για τη διασφάλιση της επικοινωνίας και τη βελτίωση της απεικόνισης. Ο Δρ Erik Beckert έχει αναπτύξει μια πηγή φωτονίων που παράγει εντυπωσιακά 300.000 μπλεγμένα ζεύγη φωτονίων ανά δευτερόλεπτο. Αυτά τα δίδυμα φωτόνια συνδέονται μεταξύ τους, επομένως η μέτρηση του ενός φωτονίου αποκαλύπτει την κατάσταση του άλλου - μια ιδιότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για φυσική κρυπτογράφηση για την αποφυγή πειρατείας και διαρροών δεδομένων. Ο Beckert εξηγεί ότι τα μελλοντικά κβαντικά κλειδιά μπορούν να διανεμηθούν σε συνεργάτες επικοινωνίας μέσω δορυφόρου. Εάν γινόταν απόπειρα υποκλοπής, η εμπλοκή θα εξαφανιζόταν, καθιστώντας την παρεμβολή ανιχνεύσιμη.

Ο πρώτος ευρωπαϊκός δορυφόρος κβαντικής κρυπτογράφησης έχει προγραμματιστεί να εκτοξευτεί στο διάστημα το 2022 και ο Beckert και η ομάδα του συμμετέχουν στην ανάπτυξή του. Η κβαντική κρυπτογράφηση παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τον χρηματοπιστωτικό κλάδο, τους παρόχους τηλεπικοινωνιών και τους κυβερνητικούς οργανισμούς. Το έργο QuNET εγκαινιάζεται σε μια ολοκληρωμένη πρωτοβουλία που περιλαμβάνει τους Fraunhofer, Max Planck και DLR. Ο στόχος αυτού του έργου είναι η οικοδόμηση ενός εξαιρετικά ασφαλούς δικτύου επικοινωνιών μεταξύ κυβερνητικών τοποθεσιών, με μακροπρόθεσμο στόχο να καταστεί δυνατή η κβαντική κρυπτογραφικά ασφαλής ηλεκτρονική τραπεζική.

Εξελίξεις στην κβαντική επικοινωνία

Επιπλέον, 17 εταίροι από την Ευρώπη εργάζονται στο έργο UNIQORN για να δημιουργήσουν οικονομικά προσιτή κβαντική επικοινωνία για τη μαζική αγορά. Στο Fraunhofer HHI στο Βερολίνο, αναπτύσσονται μικροσκοπικά και συμβατά με κβαντικά στοιχεία που θα μπορούσαν ενδεχομένως να ενσωματωθούν σε δρομολογητές. Ο στόχος είναι να μειωθεί το κόστος της κβαντικής επικοινωνίας έως και 90 τοις εκατό. Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις υπόσχονται όχι μόνο να διατηρούν τις πληροφορίες ασφαλείς, αλλά και να φέρουν επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε τις παγκόσμιες επικοινωνίες.

Συνολικά, βρισκόμαστε σε ένα σημείο καμπής στην έρευνα για τις κβαντικές αρχιτεκτονικές και τις πρακτικές εφαρμογές τους. Τα spin qubits και οι κβαντικές επικοινωνίες θα μπορούσαν να θέσουν τα θεμέλια για μια νέα εποχή στην επεξεργασία πληροφοριών, διασφαλίζοντας παράλληλα την ασφάλεια των δεδομένων σε έναν όλο και πιο ψηφιοποιημένο κόσμο.