Nová kvantová stratégia: Spin qubits prinášajú revolúciu v technológii!

Nová kvantová stratégia: Spin qubits prinášajú revolúciu v technológii!

Svet kvantových technológií čelí vzrušujúcemu vývoju, ktorý má potenciál zásadne zmeniť spracovanie informácií. V Karlsruhe Institute of Technology (KIT) výskumníci pracujú na inovatívnych metódach na zlepšenie spinových qubitov, ktoré sú kľúčové pre kvantové výpočty a ďalšie aplikácie. Elektróny, ktoré majú svoj vlastný uhlový moment, spin, pôsobia ako malé magnety a sú schopné fungovať ako kvantové bity pri kvantovom spracovaní informácií. Tieto qubity môžu nadobudnúť nielen klasické stavy 0 a 1, ale aj superpozície, ktoré výrazne zvyšujú hustotu informácií a zložitosť systému. Vďaka tejto všestrannosti sú spinové qubity obzvlášť sľubné pre budúce aplikácie v kvantovej komunikácii, vysoko presnom snímaní a ako úložné zariadenia v kvantových počítačoch, ako napr. SÚPRAVA nahlásené.

Osobitnou výzvou je návrh a kontrola spinových štruktúr na atómovej úrovni. Patrí sem aj nedeštruktívne čítanie informácií. Vo svojej najnovšej publikácii v Nature Communications vedci KIT predstavujú novú stratégiu na zlepšenie životnosti a kontroly molekulárnych spinových qubitov. Táto stratégia sa spolieha na štruktúru dvojitého magnetu, ktorá integruje dva atómy železa do jednej molekuly. Jeden atóm železa je trvalo zabudovaný v molekule, zatiaľ čo druhý je selektívne ukotvený, aby sa umožnila presná interakcia. Táto štruktúra chráni zostávajúcu časť systému a päťnásobne predlžuje životnosť odstreďovania. Táto komplexná štruktúra je vytvorená pomocou jemného hrotu skenovacieho tunelového mikroskopu. Stojí za zmienku, že toto špecifické usporiadanie sa v prírode nevyskytuje a budúce modulárne molekuly by mohli tvoriť stabilnejšie jednotky pre kvantové technológie.

Potenciál pre kvantovú komunikáciu a bezpečnosť

Paralelne s týmto vývojom v oblasti kvantového spracovania informácií Fraunhoferov inštitút pracuje na využití zapletených kvánt na zabezpečenie komunikácie a zlepšenie zobrazovania. Dr. Erik Beckert vyvinul zdroj fotónov, ktorý produkuje pôsobivých 300 000 zapletených párov fotónov za sekundu. Tieto dvojité fotóny sú navzájom prepojené, takže meranie jedného fotónu odhaľuje stav druhého – vlastnosť, ktorú možno použiť na fyzické šifrovanie, aby sa zabránilo hackerstvu a úniku údajov. Beckert vysvetľuje, že budúce kvantové kľúče môžu byť distribuované komunikačným partnerom cez satelit. Ak by došlo k pokusu o odpočúvanie, zapletenie by sa uhasilo, čím by bolo možné rušenie zistiť.

Prvý európsky satelit s kvantovým šifrovaním má byť vypustený do vesmíru v roku 2022 a na jeho vývoji sa podieľa Beckert a jeho tím. Kvantové šifrovanie je obzvlášť zaujímavé pre finančný priemysel, telekomunikačných poskytovateľov a vládne organizácie. Projekt QuNET sa spúšťa v rámci komplexnej iniciatívy zahŕňajúcej Fraunhofera, Maxa Plancka a DLR. Cieľom tohto projektu je vybudovať vysoko zabezpečenú komunikačnú sieť medzi vládnymi miestami s dlhodobým cieľom umožniť kvantovo kryptograficky zabezpečené online bankovníctvo.

Vývoj v kvantovej komunikácii

Okrem toho 17 partnerov z Európy pracuje v projekte UNIQORN na vytvorení dostupnej kvantovej komunikácie pre masový trh. Vo Fraunhofer HHI v Berlíne sa vyvíjajú miniaturizované a kvantovo kompatibilné komponenty, ktoré by mohli byť prípadne integrované do smerovačov. Cieľom je znížiť náklady na kvantovú komunikáciu až o 90 percent. Tieto technologické pokroky sľubujú nielen zabezpečenie informácií, ale aj revolúciu v spôsobe, akým rozumieme globálnej komunikácii.

Celkovo sme v zlomovom bode výskumu kvantových architektúr a ich praktických aplikácií. Spin qubits a kvantová komunikácia by mohli položiť základy pre novú éru v spracovaní informácií a zároveň zabezpečiť bezpečnosť údajov v čoraz viac digitalizovanom svete.