Revolutsioon kvantuuringutes: Paderborni teadlased seavad uued standardid!

Revolutsioon kvantuuringutes: Paderborni teadlased seavad uued standardid!

Teadlased Paderborni ülikool on teinud kvantuuringutes murrangulisi edusamme. Uues projektis töötati välja krüogeenne ahel, mida kasutatakse valguskvantide (footonite) palju kiiremaks juhtimiseks ja manipuleerimiseks. See uuendus pole oluline mitte ainult kvantarvutuse jaoks, vaid sellel võib olla ka revolutsioonilisi rakendusi suhtluses ja simulatsioonis.

Selle uurimistöö tulemused avaldati erialaajakirjas Optica. Teadlastel õnnestus üksikutest footonitest koosnevate valgusimpulssidega aktiivselt manipuleerida, mis sai võimalikuks nn edasisuunamisoperatsiooni abil. See meetod võimaldab mõõta ja juhtida valgusvoogu reaalajas, vähendades oluliselt varasemaid tehnilisi piiranguid, mis põhjustasid mõõtmisel, töötlemisel ja juhtimisel viivitusi. Uus tehnoloogia suudab need viivitused minimeerida vähem kui veerand miljardi sekundini.

Tehnilised uuendused ja koostöö

Dr Frederik Thiele ja Niklas Lamberty juhitud töörühm "Mesoscopic Quantum Optics" töörühmast kasutas valguskvantide täpseks mõõtmiseks nüüdisaegseid ülijuhtivaid detektoreid. See elektrooniline ahel töötas äärmiselt madalatel temperatuuridel, umbes -270 kraadi Celsiuse järgi, mis oli signaalide töötlemiseks ilma märkimisväärse viivituseta ülioluline. Samuti leiti, et vooluring toodab vähem soojust, mis on krüostaatides töötamise jaoks väga oluline.

Projekti nimetuse ARCTIC (“Uuendusliku andmetöötluse krüogeensete tehnoloogiate täiustatud uurimused”) all kombineeritud uuringute eesmärk on luua Euroopa krüogeense fotoonika ja mikroelektroonika tarneahel. Selles projektis osaleb umbes 36 parimat Euroopa uurimisinstituuti, tööstuslikku tootmisrajatist ja rakenduspartnereid. Koos töötavad nad skaleeritavate IKT mikrosüsteemide väljatöötamise kallal, mis on kvantarvutustööstuse jaoks keskse tähtsusega.

Kvantkommunikatsiooni perspektiivid

Footonite kiire ja täpne juhtimine ei mõjuta mitte ainult kvantarvutust, vaid avab ka paljulubavaid perspektiive kvantkommunikatsiooniks. See tehnoloogia võimaldab puudutuskindlat võtmete vahetamist turvalisusega seotud teabe kodeerimiseks. Erinevalt algoritmiliste krüptograafia meetoditest põhineb kvantkommunikatsiooni turvalisus kvantpõimumise füüsikalistel põhimõtetel ja superpositsiooniprintsiibil. Fraunhofer IOF, mis teeb koostööd tööstus- ja äripartneritega, arendab kvantkommunikatsioonisüsteemide ja optiliste linkide tehnoloogiate aluseid.

Erilist rolli mängib siin projekt QuNET, mille eesmärk on kasutada kvantkommunikatsiooni kõrge turvalisusega võrkudes. Projekti esimeses etapis viiakse läbi võtmeeksperiment, mis sisaldab muuhulgas tehnoloogia demonstraatorit, mis võimaldab vabakiirega optilise lingi kaudu turvalist ühendust kahe hoone vahel. Need arengud võivad märkimisväärselt tõsta kaasaegse side turvastandardeid.

Krüogeenika ja kvantkommunikatsiooni edusammud ei kujuta endast mitte ainult tehnilist verstaposti, vaid näitavad ka järgmise põlvkonna kvantprotsessorite ja IKT-rakenduste võimalusi. Teadusasutuste ja tööstuse vaheline koostöö on nende tehnoloogiate arendamise ja rakendustesse viimise jätkamisel ülioluline.