Nowa strategia kwantowa: kubity spinowe rewolucjonizują technologię!

Nowa strategia kwantowa: kubity spinowe rewolucjonizują technologię!

Świat technologii kwantowych stoi w obliczu ekscytujących osiągnięć, które mogą zasadniczo zrewolucjonizować przetwarzanie informacji. W Instytucie Technologii w Karlsruhe (KIT) naukowcy pracują nad innowacyjnymi metodami udoskonalania kubitów spinowych, które mają kluczowe znaczenie w obliczeniach kwantowych i innych zastosowaniach. Elektrony, które mają swój własny moment pędu, czyli spin, działają jak maleńkie magnesy i mogą funkcjonować jako bity kwantowe w kwantowym przetwarzaniu informacji. Kubity te mogą przyjmować nie tylko klasyczne stany 0 i 1, ale także superpozycje, które znacząco zwiększają gęstość informacji i złożoność systemu. Ta wszechstronność sprawia, że ​​kubity spinowe są szczególnie obiecujące w przyszłych zastosowaniach w komunikacji kwantowej, precyzyjnych czujnikach oraz jako urządzenia pamięci masowej w komputerach kwantowych, takich jak ZESTAW zgłoszone.

Szczególnym wyzwaniem jest projektowanie i sterowanie strukturami spinowymi na poziomie atomowym. Obejmuje to również nieniszczące odczytywanie informacji. W swojej najnowszej publikacji w Nature Communications naukowcy z KIT przedstawiają nową strategię mającą na celu poprawę czasu życia i kontrolę molekularnych kubitów spinowych. Strategia ta opiera się na strukturze podwójnego magnesu, która integruje dwa atomy żelaza w jedną cząsteczkę. Jeden atom żelaza jest trwale osadzony w cząsteczce, natomiast drugi jest selektywnie dokowany, aby umożliwić precyzyjną interakcję. Taka konstrukcja chroni pozostałą część układu i pięciokrotnie wydłuża żywotność wirowania. Ta złożona struktura jest tworzona przy użyciu cienkiej końcówki skaningowego mikroskopu tunelowego. Warto zauważyć, że ten specyficzny układ nie występuje w przyrodzie, a przyszłe cząsteczki modułowe mogłyby tworzyć bardziej stabilne jednostki dla technologii kwantowych.

Potencjał komunikacji kwantowej i bezpieczeństwa

Równolegle do osiągnięć w dziedzinie kwantowego przetwarzania informacji Instytut Fraunhofera pracuje nad wykorzystaniem splątanych kwantów do zapewnienia komunikacji i poprawy obrazowania. Dr Erik Beckert opracował źródło fotonów, które wytwarza imponujące 300 000 splątanych par fotonów na sekundę. Te bliźniacze fotony są ze sobą połączone, więc pomiar jednego fotonu ujawnia stan drugiego – jest to właściwość, którą można wykorzystać do fizycznego szyfrowania, aby zapobiec włamaniom i wyciekom danych. Beckert wyjaśnia, że ​​przyszłe klucze kwantowe będą mogły być dystrybuowane do partnerów komunikacyjnych za pośrednictwem satelity. W przypadku próby podsłuchu splątanie zostanie wygaszone, a zakłócenia będą wykrywalne.

Pierwszy europejski satelita szyfrujący kwantowo ma zostać wystrzelony w przestrzeń kosmiczną w 2022 r., a w jego rozwój zaangażowani są Beckert i jego zespół. Szyfrowanie kwantowe jest przedmiotem szczególnego zainteresowania branży finansowej, dostawców usług telekomunikacyjnych i organizacji rządowych. Projekt QuNET zostaje uruchomiony w ramach kompleksowej inicjatywy z udziałem Fraunhofera, Maxa Plancka i DLR. Celem tego projektu jest zbudowanie wysoce bezpiecznej sieci komunikacyjnej pomiędzy lokalizacjami rządowymi, a długoterminowym celem jest umożliwienie kwantowej, kryptograficznie zabezpieczonej bankowości internetowej.

Rozwój komunikacji kwantowej

Ponadto 17 partnerów z Europy pracuje w projekcie UNIQORN, którego celem jest stworzenie niedrogiej komunikacji kwantowej dla rynku masowego. W Fraunhofer HHI w Berlinie opracowywane są zminiaturyzowane i kompatybilne kwantowo komponenty, które można ewentualnie zintegrować z routerami. Celem jest obniżenie kosztów komunikacji kwantowej nawet o 90 proc. Te postępy technologiczne obiecują nie tylko zapewnić bezpieczeństwo informacji, ale także zrewolucjonizować sposób, w jaki rozumiemy komunikację globalną.

Ogólnie rzecz biorąc, jesteśmy w punkcie zwrotnym w badaniach nad architekturami kwantowymi i ich praktycznymi zastosowaniami. Kubity spinowe i komunikacja kwantowa mogą położyć podwaliny pod nową erę przetwarzania informacji, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo danych w coraz bardziej cyfrowym świecie.