Ny kvantstrategi: Spin-qubits revolutionerar tekniken!

Ny kvantstrategi: Spin-qubits revolutionerar tekniken!

Kvantteknologiernas värld står inför spännande utvecklingar som har potential att i grunden revolutionera informationsbehandlingen. Vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) arbetar forskare med innovativa metoder för att förbättra spin qubits, som är avgörande för kvantberäkningar och andra tillämpningar. Elektroner, som har sin egen rörelsemängd, spinnet, fungerar som små magneter och kan fungera som kvantbitar i kvantinformationsbehandling. Dessa qubits kan anta inte bara de klassiska tillstånden 0 och 1, utan också superpositioner, vilket avsevärt ökar informationstätheten och systemets komplexitet. Denna mångsidighet gör spin qubits särskilt lovande för framtida tillämpningar inom kvantkommunikation, högprecisionsavkänning och som lagringsenheter i kvantdatorer, som t.ex. UTRUSTNING rapporterad.

En speciell utmaning är designen och kontrollen av spinnstrukturer på atomnivå. Detta inkluderar även oförstörande läsning av information. I sin senaste publikation i Nature Communications presenterar KIT-forskare en ny strategi för att förbättra livslängden och kontrollen av molekylära spin-qubits. Denna strategi bygger på en dubbelmagnetstruktur som integrerar två järnatomer i en molekyl. En järnatom är permanent inbäddad i molekylen, medan den andra är selektivt dockad för att möjliggöra exakt interaktion. Denna struktur skyddar den återstående delen av systemet och förlänger spinns livslängd med fem gånger. Denna komplexa struktur skapas med hjälp av den fina spetsen på ett scanning tunnelmikroskop. Det är värt att notera att detta specifika arrangemang inte förekommer i naturen och framtida modulära molekyler kan bilda mer stabila enheter för kvantteknik.

Potential för kvantkommunikation och säkerhet

Parallellt med denna utveckling inom området kvantinformationsbehandling arbetar Fraunhofer-institutet med användningen av entangled quanta för att säkerställa kommunikation och förbättra bildbehandling. Dr Erik Beckert har utvecklat en fotonkälla som producerar imponerande 300 000 intrasslade fotonpar per sekund. Dessa tvillingfotoner är sammanlänkade, så att mäta en foton avslöjar tillståndet för den andra - en egenskap som kan användas för fysisk kryptering för att förhindra hacking och dataläckor. Beckert förklarar att framtida kvantnycklar kan distribueras till kommunikationspartners via satellit. Om ett avlyssningsförsök gjordes, skulle intrasslingen släckas, vilket gör störningen detekterbar.

Den första europeiska kvantkrypteringssatelliten är planerad att skjutas upp i rymden 2022, och Beckert och hans team är involverade i dess utveckling. Kvantkryptering är av särskilt intresse för finansbranschen, telekommunikationsleverantörer och statliga organisationer. QuNET-projektet lanseras i ett omfattande initiativ som involverar Fraunhofer, Max Planck och DLR. Målet med detta projekt är att bygga ett mycket säkert kommunikationsnätverk mellan statliga platser, med det långsiktiga målet att möjliggöra kvantkryptografiskt säkrade onlinebanker.

Utvecklingen inom kvantkommunikation

Dessutom arbetar 17 partners från Europa i UNIQORN-projektet för att skapa prisvärd kvantkommunikation för massmarknaden. På Fraunhofer HHI i Berlin utvecklas miniatyriserade och kvantkompatibla komponenter som eventuellt skulle kunna integreras i routrar. Målet är att minska kostnaderna för kvantkommunikation med upp till 90 procent. Dessa tekniska framsteg lovar inte bara att hålla information säker, utan också att revolutionera vårt sätt att förstå global kommunikation.

Sammantaget befinner vi oss vid en vändpunkt i forskningen om kvantarkitekturer och deras praktiska tillämpningar. Spin qubits och kvantkommunikation kan lägga grunden för en ny era inom informationsbehandling och samtidigt säkerställa datasäkerhet i en allt mer digitaliserad värld.