Ny kvantestrategi: Spinn-qubits revolusjonerer teknologi!

Ny kvantestrategi: Spinn-qubits revolusjonerer teknologi!

Kvanteteknologienes verden står overfor spennende utviklinger som har potensial til å revolusjonere informasjonsbehandlingen fundamentalt. Ved Karlsruhe Institute of Technology (KIT) jobber forskere med innovative metoder for å forbedre spinn-qubits, som er avgjørende for kvanteberegning og andre applikasjoner. Elektroner, som har sitt eget vinkelmomentum, spinnet, fungerer som bittesmå magneter og er i stand til å fungere som kvantebiter i kvanteinformasjonsbehandling. Disse qubitene kan anta ikke bare de klassiske tilstandene 0 og 1, men også superposisjoner, som øker informasjonstettheten og systemkompleksiteten betydelig. Denne allsidigheten gjør spinn-qubits spesielt lovende for fremtidige applikasjoner innen kvantekommunikasjon, høypresisjonsregistrering og som lagringsenheter i kvantedatamaskiner, som f.eks. KIT rapportert.

En spesiell utfordring er design og kontroll av spinnstrukturer på atomnivå. Dette inkluderer også ikke-destruktiv lesing av informasjon. I sin siste publikasjon i Nature Communications presenterer KIT-forskere en ny strategi for å forbedre levetiden og kontrollen av molekylære spinn-qubits. Denne strategien er avhengig av en dobbel magnetstruktur som integrerer to jernatomer i ett molekyl. Ett jernatom er permanent innebygd i molekylet, mens det andre er selektivt forankret for å muliggjøre presis interaksjon. Denne strukturen beskytter den gjenværende delen av systemet og forlenger levetiden til spinningen med fem ganger. Denne komplekse strukturen er skapt ved hjelp av den fine spissen av et skanningstunnelmikroskop. Det er verdt å merke seg at dette spesifikke arrangementet ikke forekommer i naturen og fremtidige modulære molekyler kan danne mer stabile enheter for kvanteteknologier.

Potensial for kvantekommunikasjon og sikkerhet

Parallelt med denne utviklingen innen kvanteinformasjonsbehandling, jobber Fraunhofer Institute med bruk av sammenfiltrede kvanter for å sikre kommunikasjon og forbedre bildebehandling. Dr. Erik Beckert har utviklet en fotonkilde som produserer imponerende 300 000 sammenfiltrede fotonpar per sekund. Disse tvillingfotonene er koblet sammen, så måling av ett foton avslører tilstanden til det andre - en egenskap som kan brukes til fysisk kryptering for å forhindre hacking og datalekkasjer. Beckert forklarer at fremtidige kvantenøkler kan distribueres til kommunikasjonspartnere via satellitt. Hvis det ble gjort et avlyttingsforsøk, ville forviklingen bli slukket, noe som gjør interferensen oppdages.

Den første europeiske kvantekrypteringssatellitten skal etter planen skytes opp i verdensrommet i 2022, og Beckert og teamet hans er involvert i utviklingen. Kvantekryptering er av spesiell interesse for finansnæringen, telekommunikasjonsleverandører og offentlige organisasjoner. QuNET-prosjektet lanseres i et omfattende initiativ som involverer Fraunhofer, Max Planck og DLR. Målet med dette prosjektet er å bygge et svært sikkert kommunikasjonsnettverk mellom offentlige steder, med det langsiktige målet om å muliggjøre kvantekryptografisk sikret nettbank.

Utviklingen innen kvantekommunikasjon

I tillegg jobber 17 partnere fra Europa i UNIQORN-prosjektet for å skape rimelig kvantekommunikasjon for massemarkedet. Ved Fraunhofer HHI i Berlin utvikles miniatyriserte og kvantekompatible komponenter som muligens kan integreres i rutere. Målet er å redusere kostnadene ved kvantekommunikasjon med opptil 90 prosent. Disse teknologiske fremskritt lover ikke bare å holde informasjon sikker, men også å revolusjonere måten vi forstår global kommunikasjon på.

Totalt sett er vi ved et vendepunkt i forskning på kvantearkitekturer og deres praktiske anvendelser. Spinn-qubits og kvantekommunikasjon kan legge grunnlaget for en ny æra innen informasjonsbehandling og samtidig sikre datasikkerhet i en stadig mer digitalisert verden.