Revoluce v kvantovém výzkumu: Paderbornští vědci nastavují nové standardy!

Revoluce v kvantovém výzkumu: Paderbornští vědci nastavují nové standardy!

Vědci z Univerzita v Paderbornu udělali převratný pokrok v kvantovém výzkumu. V novém projektu byl vyvinut kryogenní obvod, který se používá k mnohem rychlejšímu ovládání a manipulaci se světelnými kvanty (fotony). Tato inovace není důležitá pouze pro kvantové výpočty, ale mohla by mít také revoluční aplikace v komunikaci a simulaci.

Výsledky tohoto výzkumu byly publikovány v odborném časopise Optica. Výzkumníci byli schopni aktivně manipulovat se světelnými pulsy sestávajícími z jednotlivých fotonů, což bylo umožněno pomocí takzvané „dopředné operace“. Tato metoda umožňuje měření a řízení světelného toku v reálném čase, čímž se výrazně snižují předchozí technická omezení, která způsobovala časové prodlevy při měření, zpracování a řízení. Nová technologie dokáže tato zpoždění minimalizovat na méně než čtvrt miliardtiny sekundy.

Technické inovace a spolupráce

Tým pod vedením Dr. Frederika Thieleho a Niklase Lambertyho z pracovní skupiny „Mesoscopic Quantum Optics“ použil k přesnému měření světelných kvant nejmodernější supravodivé detektory. Tento elektronický obvod pracoval při extrémně nízkých teplotách kolem -270 stupňů Celsia, což bylo klíčové pro zpracování signálů bez výrazného zpoždění. Bylo také zjištěno, že obvod generuje méně tepla, což má velký význam pro provoz v kryostatech.

V kombinaci pod názvem projektu ARCTIC („Pokročilý výzkum kryogenních technologií pro inovativní výpočetní techniku“) si výzkum klade za cíl vytvořit evropský dodavatelský řetězec pro kryogenní fotoniku a mikroelektroniku. Tento projekt zahrnuje přibližně 36 špičkových evropských výzkumných ústavů, průmyslových výrobních zařízení a aplikačních partnerů. Společně pracují na vývoji škálovatelných ICT mikrosystémů, které mají zásadní význam pro průmysl kvantových počítačů.

Perspektivy kvantové komunikace

Rychlé a přesné řízení fotonů má nejen důsledky pro kvantové výpočty, ale také otevírá slibné perspektivy pro kvantovou komunikaci. Tato technologie umožňuje výměnu klíčů pro zakódování informací relevantních pro zabezpečení bez nutnosti klepnutí. Na rozdíl od metod algoritmické kryptografie je bezpečnost kvantové komunikace založena na fyzikálních principech kvantového provázání a principu superpozice. Fraunhofer IOF, která spolupracuje s partnery z průmyslu a obchodu, vyvíjí základy pro kvantové komunikační systémy a technologie optických spojů.

Zvláštní roli zde hraje projekt QuNET, jehož cílem je využití kvantové komunikace ve vysoce zabezpečených sítích. V první fázi projektu bude proveden klíčový experiment, jehož součástí je mimo jiné technologický demonstrátor umožňující bezpečné spojení dvou budov pomocí optického spoje s volným paprskem. Tento vývoj by mohl výrazně zvýšit bezpečnostní standardy v moderních komunikacích.

Pokroky v kryogenice a kvantové komunikaci nepředstavují pouze technický milník, ale také demonstrují možnosti, které jsou vlastní příští generaci kvantových procesorů a aplikací ICT. Spolupráce mezi výzkumnými institucemi a průmyslem bude klíčová pro další vývoj těchto technologií a jejich zavádění do aplikací.