Επανάσταση στην κβαντική έρευνα: Οι επιστήμονες του Paderborn θέτουν νέα πρότυπα!

Επανάσταση στην κβαντική έρευνα: Οι επιστήμονες του Paderborn θέτουν νέα πρότυπα!

Επιστήμονες του Πανεπιστήμιο του Paderborn έχουν κάνει πρωτοποριακές προόδους στην κβαντική έρευνα. Σε ένα νέο έργο, αναπτύχθηκε ένα κρυογονικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και το χειρισμό των κβαντών φωτός (φωτόνια) πολύ πιο γρήγορα. Αυτή η καινοτομία δεν είναι μόνο σημαντική για τους κβαντικούς υπολογιστές, αλλά θα μπορούσε επίσης να έχει επαναστατικές εφαρμογές στην επικοινωνία και την προσομοίωση.

Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο εξειδικευμένο περιοδικό Optica. Οι ερευνητές μπόρεσαν να χειριστούν ενεργά παλμούς φωτός που αποτελούνται από μεμονωμένα φωτόνια, κάτι που κατέστη δυνατό με τη χρήση της λεγόμενης «λειτουργίας προώθησης». Αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη μέτρηση σε πραγματικό χρόνο και τον έλεγχο της φωτεινής ροής, μειώνοντας σημαντικά τους προηγούμενους τεχνικούς περιορισμούς που προκαλούσαν χρονικές καθυστερήσεις στη μέτρηση, την επεξεργασία και τον έλεγχο. Η νέα τεχνολογία καταφέρνει να ελαχιστοποιήσει αυτές τις καθυστερήσεις σε λιγότερο από το ένα τέταρτο του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Τεχνικές καινοτομίες και συνεργασίες

Μια ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Frederik Thiele και τον Niklas Lamberty από την ομάδα εργασίας «Mesoscopic Quantum Optics» χρησιμοποίησε υπεραγώγιμους ανιχνευτές τελευταίας τεχνολογίας για να μετρήσει με ακρίβεια τα κβάντα φωτός. Αυτό το ηλεκτρονικό κύκλωμα λειτουργούσε σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες γύρω στους -270 βαθμούς Κελσίου, κάτι που ήταν κρίσιμο για την επεξεργασία των σημάτων χωρίς καμία σημαντική καθυστέρηση. Διαπιστώθηκε επίσης ότι το κύκλωμα παράγει λιγότερη θερμότητα, η οποία έχει μεγάλη σημασία για τη λειτουργία σε κρυοστάτες.

Συνδυασμένη με την ονομασία του έργου ARCTIC («Προηγμένη Έρευνα στις Κρυογονικές Τεχνολογίες για Καινοτόμο Υπολογισμό»), η έρευνα στοχεύει στη δημιουργία μιας ευρωπαϊκής αλυσίδας εφοδιασμού για κρυογονική φωτονική και μικροηλεκτρονική. Σε αυτό το έργο συμμετέχουν περίπου 36 κορυφαία ευρωπαϊκά ερευνητικά ινστιτούτα, βιομηχανικές εγκαταστάσεις παραγωγής και συνεργάτες εφαρμογών. Μαζί εργάζονται για την ανάπτυξη κλιμακούμενων μικροσυστημάτων ΤΠΕ, τα οποία είναι κεντρικής σημασίας για τη βιομηχανία κβαντικών υπολογιστών.

Προοπτικές για την κβαντική επικοινωνία

Ο γρήγορος και ακριβής έλεγχος των φωτονίων δεν έχει μόνο επιπτώσεις στον κβαντικό υπολογισμό, αλλά ανοίγει επίσης πολλά υποσχόμενες προοπτικές για την κβαντική επικοινωνία. Αυτή η τεχνολογία επιτρέπει την ανταλλαγή κλειδιών με ασφάλεια για την κωδικοποίηση πληροφοριών που σχετίζονται με την ασφάλεια. Σε αντίθεση με τις μεθόδους αλγοριθμικής κρυπτογραφίας, η ασφάλεια της κβαντικής επικοινωνίας βασίζεται στις φυσικές αρχές της κβαντικής εμπλοκής και στην αρχή της υπέρθεσης. Fraunhofer IOF, που συνεργάζεται με συνεργάτες από τη βιομηχανία και τις επιχειρήσεις, αναπτύσσει τα θεμέλια για συστήματα κβαντικών επικοινωνιών και τεχνολογίες οπτικής ζεύξης.

Το έργο QuNET παίζει ιδιαίτερο ρόλο εδώ, στόχος του οποίου είναι η χρήση κβαντικής επικοινωνίας σε δίκτυα υψηλής ασφάλειας. Στην πρώτη φάση του έργου, θα πραγματοποιηθεί ένα βασικό πείραμα, το οποίο περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, έναν επίδειξη τεχνολογίας που επιτρέπει την ασφαλή σύνδεση μεταξύ δύο κτιρίων μέσω μιας οπτικής ζεύξης ελεύθερης δέσμης. Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να αυξήσουν σημαντικά τα πρότυπα ασφαλείας στις σύγχρονες επικοινωνίες.

Οι πρόοδοι στην κρυογονική και τις κβαντικές επικοινωνίες δεν αντιπροσωπεύουν μόνο ένα τεχνικό ορόσημο, αλλά καταδεικνύουν επίσης τις δυνατότητες που είναι εγγενείς στην επόμενη γενιά κβαντικών επεξεργαστών και εφαρμογών ΤΠΕ. Η συνεργασία μεταξύ ερευνητικών ιδρυμάτων και βιομηχανίας θα είναι ζωτικής σημασίας για τη συνέχιση της ανάπτυξης αυτών των τεχνολογιών και της εισαγωγής τους σε εφαρμογές.