Vallankumous kvanttitutkimuksessa: Paderbornin tiedemiehet asettavat uusia standardeja!

Vallankumous kvanttitutkimuksessa: Paderbornin tiedemiehet asettavat uusia standardeja!

Tutkijat Paderbornin yliopisto ovat saavuttaneet uraauurtavaa edistystä kvanttitutkimuksessa. Uudessa projektissa kehitettiin kryogeeninen piiri, jolla ohjataan ja manipuloidaan valokvantteja (fotoneita) paljon nopeammin. Tämä innovaatio ei ole tärkeä vain kvanttilaskentaan, vaan sillä voi olla myös vallankumouksellisia sovelluksia viestinnässä ja simuloinnissa.

Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin erikoisalalehdessä Optica. Tutkijat pystyivät aktiivisesti manipuloimaan yksittäisistä fotoneista koostuvia valopulsseja, mikä mahdollisti niin sanotun "feedforward-operaation" avulla. Tämä menetelmä mahdollistaa valovirran reaaliaikaisen mittauksen ja ohjauksen, mikä vähentää merkittävästi aikaisempia teknisiä rajoituksia, jotka aiheuttivat aikaviiveitä mittauksessa, käsittelyssä ja ohjauksessa. Uusi teknologia onnistuu minimoimaan nämä viiveet alle sekunnin neljännesmiljardisosaan.

Teknisiä innovaatioita ja yhteistyötä

Tri Frederik Thielen ja Niklas Lambertyn johtama "Mesoscopic Quantum Optics" -työryhmä käytti huippuluokan suprajohtavia ilmaisimia valokvanttien tarkkaan mittaamiseen. Tämä elektroninen piiri toimi erittäin matalissa, noin -270 celsiusasteen lämpötiloissa, mikä oli ratkaisevan tärkeää signaalien käsittelyssä ilman merkittävää viivettä. Havaittiin myös, että piiri tuottaa vähemmän lämpöä, mikä on erittäin tärkeää kryostaattien toiminnan kannalta.

Projektinimellä ARCTIC ("Advanced Research on Cryogenic Technologies for Innovative Computing") yhdistetty tutkimus tähtää kryogeenisen fotoniikan ja mikroelektroniikan eurooppalaisen toimitusketjun luomiseen. Tässä hankkeessa on mukana noin 36 eurooppalaista huippututkimuslaitosta, teollista tuotantolaitosta ja sovelluskumppaneita. Yhdessä he kehittävät skaalautuvia ICT-mikrojärjestelmiä, jotka ovat keskeisiä kvanttilaskenta-alalle.

Näkökulmat kvanttiviestintään

Fotonien nopealla ja tarkalla ohjauksella ei ole vain vaikutuksia kvanttilaskentaan, vaan se avaa myös lupaavia näkökulmia kvanttiviestintään. Tämä tekniikka mahdollistaa koskemattoman avaimien vaihdon turvallisuuden kannalta tärkeiden tietojen koodaamiseksi. Toisin kuin algoritmisissa salakirjoitusmenetelmissä, kvanttiviestinnän turvallisuus perustuu kvanttisidonnan ja superpositioperiaatteen fysikaalisiin periaatteisiin. Fraunhofer IOF, joka tekee yhteistyötä teollisuuden ja liike-elämän kumppaneiden kanssa, kehittää kvanttiviestintäjärjestelmien ja optisten linkkitekniikoiden perustaa.

Tässä on erityinen rooli QuNET-projektilla, jonka tavoitteena on käyttää kvanttiviestintää korkean turvallisuuden verkoissa. Hankkeen ensimmäisessä vaiheessa tehdään keskeinen kokeilu, joka sisältää muun muassa teknologian demonstroinnin, joka mahdollistaa kahden rakennuksen turvallisen yhteyden vapaakeilan optisen linkin kautta. Tämä kehitys voisi merkittävästi parantaa nykyaikaisen viestinnän turvallisuusstandardeja.

Kryogeniikan ja kvanttiviestinnän edistysaskeleet eivät ole vain tekninen virstanpylväs, vaan ne osoittavat myös seuraavan sukupolven kvanttiprosessorien ja ICT-sovellusten mahdollisuudet. Yhteistyö tutkimuslaitosten ja teollisuuden välillä on ratkaisevan tärkeää näiden teknologioiden kehittämisen ja sovellusten käyttöönoton jatkamiseksi.