Új kvantumstratégia: A spin qubitek forradalmasítják a technológiát!

Új kvantumstratégia: A spin qubitek forradalmasítják a technológiát!

A kvantumtechnológiák világa izgalmas fejlemények előtt áll, amelyek alapvetően forradalmasíthatják az információfeldolgozást. A Karlsruhei Technológiai Intézetben (KIT) a kutatók innovatív módszereken dolgoznak a spin qubitek javítására, amelyek kulcsfontosságúak a kvantumszámítástechnika és más alkalmazások számára. Az elektronok, amelyek saját impulzusimpulzussal, a spinnel rendelkeznek, apró mágnesekként működnek, és képesek kvantumbitekként funkcionálni a kvantuminformáció-feldolgozás során. Ezek a qubitek nemcsak a klasszikus 0 és 1 állapotokat vehetik fel, hanem szuperpozíciókat is, amelyek jelentősen növelik az információsűrűséget és a rendszer összetettségét. Ez a sokoldalúság a spin qubiteket különösen ígéretessé teszi a kvantumkommunikáció, a nagy pontosságú érzékelés és a kvantumszámítógépek tárolóeszközei számára, mint pl. KÉSZLET jelentették.

Külön kihívást jelent a spin-struktúrák atomi szintű tervezése és szabályozása. Ez magában foglalja az információ roncsolásmentes olvasását is. A Nature Communicationsben megjelent legújabb publikációjukban a KIT tudósai új stratégiát mutatnak be a molekuláris spin-qubitek élettartamának és szabályozásának javítására. Ez a stratégia egy kettős mágneses szerkezeten alapul, amely két vasatomot integrál egy molekulába. Az egyik vasatom tartósan beágyazódik a molekulába, míg a másik szelektíven dokkolt a pontos kölcsönhatás érdekében. Ez a szerkezet védi a rendszer többi részét, és ötszörösére meghosszabbítja a centrifugálás élettartamát. Ezt az összetett szerkezetet egy pásztázó alagútmikroszkóp finom hegyével hozzák létre. Érdemes megjegyezni, hogy ez a speciális elrendezés nem fordul elő a természetben, és a jövőbeni moduláris molekulák stabilabb egységeket alkothatnak a kvantumtechnológiák számára.

A kvantumkommunikáció és a biztonság lehetősége

A kvantuminformáció-feldolgozás fejlesztéseivel párhuzamosan a Fraunhofer Intézet az összefonódott kvantumok használatán dolgozik a kommunikáció biztosítására és a képalkotás javítására. Dr. Erik Beckert kifejlesztett egy fotonforrást, amely lenyűgöző, 300 000 összegabalyodott fotonpárt állít elő másodpercenként. Ezek az ikerfotonok egymáshoz kapcsolódnak, így az egyik foton mérése felfedi a másik foton állapotát – ez a tulajdonság fizikai titkosításra használható a hackelés és az adatszivárgás megelőzése érdekében. Beckert elmagyarázza, hogy a jövőbeni kvantumkulcsokat műholdon keresztül lehet kiosztani a kommunikációs partnereknek. Ha lehallgatási kísérletet hajtanak végre, az összegabalyodás megszűnik, így az interferencia észlelhetővé válik.

Az első európai kvantumtitkosítási műholdat a tervek szerint 2022-ben bocsátják a világűrbe, fejlesztésében Beckert és csapata is részt vesz. A kvantumtitkosítás különösen érdekes a pénzügyi szektor, a távközlési szolgáltatók és a kormányzati szervezetek számára. A QuNET projekt egy átfogó kezdeményezésben indul Fraunhofer, Max Planck és DLR részvételével. A projekt célja egy rendkívül biztonságos kommunikációs hálózat kiépítése a kormányzati telephelyek között, hosszú távú célja pedig a kvantumkriptográfiailag biztonságos online banki szolgáltatások lehetővé tétele.

A kvantumkommunikáció fejlődése

Emellett 17 európai partner dolgozik az UNIQORN projektben, hogy megfizethető kvantumkommunikációt hozzanak létre a tömegpiac számára. A berlini Fraunhofer HHI-ben miniatürizált és kvantumkompatibilis komponenseket fejlesztenek, amelyek esetleg integrálhatók útválasztókba. A cél a kvantumkommunikáció költségeinek akár 90 százalékos csökkentése. Ezek a technológiai fejlesztések nemcsak az információk biztonságát ígérik, hanem forradalmasítják a globális kommunikáció megértését is.

Összességében fordulóponthoz érkeztünk a kvantumarchitektúrák és gyakorlati alkalmazásaik kutatásában. A spin qubitek és a kvantumkommunikáció lefektetheti az alapjait egy új korszaknak az információfeldolgozásban, miközben biztosítják az adatbiztonságot az egyre inkább digitalizálódó világban.