Uusi kvanttistrategia: Spin-kubitit mullistavat teknologian!

Uusi kvanttistrategia: Spin-kubitit mullistavat teknologian!

Kvanttiteknologian maailmalla on edessään jännittäviä kehityskulkuja, jotka voivat mullistaa perusteellisesti tiedonkäsittelyn. Karlsruhen teknologiainstituutissa (KIT) tutkijat kehittävät innovatiivisia menetelmiä kvanttilaskennan ja muiden sovellusten kannalta ratkaisevan tärkeitä spin-kubittien parantamiseksi. Elektronit, joilla on oma kulmamomenttinsa, spin, toimivat pieninä magneetteina ja pystyvät toimimaan kvanttibitteinä kvanttiinformaation käsittelyssä. Nämä kubitit voivat olettaa klassisten tilojen 0 ja 1 lisäksi myös superpositioita, jotka lisäävät merkittävästi informaatiotiheyttä ja järjestelmän monimutkaisuutta. Tämä monipuolisuus tekee spin-kubiteista erityisen lupaavia tulevissa sovelluksissa kvanttiviestinnässä, korkean tarkkuuden anturissa ja tallennuslaitteina kvanttitietokoneissa, kuten esim. PAKKI raportoitu.

Erityinen haaste on spin-rakenteiden suunnittelu ja hallinta atomitasolla. Tämä sisältää myös tuhoamattoman tiedon lukemisen. Uusimmassa Nature Communications -julkaisussa KIT-tutkijat esittelevät uuden strategian parantaakseen molekyylien spin-kubittien elinikää ja hallintaa. Tämä strategia perustuu kaksoismagneettirakenteeseen, joka yhdistää kaksi rautaatomia yhdeksi molekyyliksi. Yksi rautaatomi on pysyvästi upotettu molekyyliin, kun taas toinen on telakoitu selektiivisesti tarkan vuorovaikutuksen mahdollistamiseksi. Tämä rakenne suojaa järjestelmän jäljellä olevaa osaa ja pidentää linkouksen käyttöikää viisinkertaisesti. Tämä monimutkainen rakenne on luotu pyyhkäisytunnelimikroskoopin hienolla kärjellä. On syytä huomata, että tätä erityistä järjestelyä ei esiinny luonnossa ja tulevaisuuden modulaariset molekyylit voivat muodostaa vakaampia yksiköitä kvanttiteknologioille.

Mahdollisuus kvanttiviestintään ja tietoturvaan

Samanaikaisesti tämän kvanttitiedonkäsittelyn alan kehityksen kanssa Fraunhofer-instituutti työskentelee sotkeutuneiden kvanttien käytön varmistamiseksi viestinnän varmistamiseksi ja kuvantamisen parantamiseksi. Tri Erik Beckert on kehittänyt fotonilähteen, joka tuottaa vaikuttavat 300 000 kietoutunutta fotoniparia sekunnissa. Nämä kaksoisfotonit on linkitetty toisiinsa, joten yhden fotonin mittaaminen paljastaa toisen tilan - ominaisuuden, jota voidaan käyttää fyysiseen salaukseen hakkeroinnin ja tietovuotojen estämiseksi. Beckert selittää, että tulevaisuuden kvanttiavaimet voidaan jakaa viestintäkumppaneille satelliitin kautta. Jos salakuuntelua yritetään, sotkeutuminen sammuisi, jolloin häiriö olisi havaittavissa.

Ensimmäinen eurooppalainen kvanttisalaussatelliitti on tarkoitus laukaista avaruuteen vuonna 2022, ja Beckert ja hänen tiiminsä ovat mukana sen kehittämisessä. Kvanttisalaus on erityisen kiinnostava rahoitusalalle, televiestinnän tarjoajille ja valtion organisaatioille. QuNET-projekti käynnistetään kattavana aloitteena, johon osallistuvat Fraunhofer, Max Planck ja DLR. Tämän projektin tavoitteena on rakentaa erittäin turvallinen viestintäverkko viranomaisten toimipisteiden välille, ja pitkän aikavälin tavoitteena on mahdollistaa kvanttisalaussuojattu verkkopankkitoiminta.

Kvanttiviestinnän kehitys

Lisäksi 17 kumppania Euroopasta työskentelee UNIQORN-projektissa luodakseen kohtuuhintaista kvanttiviestintää massamarkkinoille. Fraunhofer HHI:ssä Berliinissä kehitetään pienikokoisia ja kvanttiyhteensopivia komponentteja, jotka voitaisiin mahdollisesti integroida reitittimiin. Tavoitteena on alentaa kvanttiviestinnän kustannuksia jopa 90 prosenttia. Nämä tekniset edistysaskeleet lupaavat paitsi pitää tiedot turvassa, myös mullistaa tavan, jolla ymmärrämme maailmanlaajuista viestintää.

Kaiken kaikkiaan olemme käännekohdassa kvanttiarkkitehtuurien ja niiden käytännön sovellusten tutkimuksessa. Spin-kubitit ja kvanttiviestintä voisivat luoda perustan tiedonkäsittelyn uudelle aikakaudelle ja samalla varmistaa tietoturvan yhä digitalisoituvassa maailmassa.