Forradalom a kvantumkutatásban: A paderborni tudósok új mércét állítanak fel!

Forradalom a kvantumkutatásban: A paderborni tudósok új mércét állítanak fel!

A tudósok a Paderborni Egyetem átütő előrelépést tettek a kvantumkutatásban. Egy új projektben egy kriogén áramkört fejlesztettek ki, amely a fénykvantumok (fotonok) sokkal gyorsabb szabályozására és manipulálására szolgál. Ez az innováció nemcsak a kvantumszámítástechnika szempontjából fontos, hanem forradalmian új kommunikációs és szimulációs alkalmazásai is lehetnek.

A kutatás eredményeit az Optica szaklapban tették közzé. A kutatóknak sikerült aktívan manipulálniuk az egyes fotonokból álló fényimpulzusokat, amit egy úgynevezett „feedforward művelet” tett lehetővé. Ez a módszer lehetővé teszi a fényáram valós idejű mérését és szabályozását, jelentősen csökkentve a korábbi műszaki korlátokat, amelyek késleltetést okoztak a mérésben, feldolgozásban és vezérlésben. Az új technológia képes ezeket a késéseket kevesebb mint negyedmilliárd másodpercre minimalizálni.

Technikai innovációk és együttműködések

A „Mesoscopic Quantum Optics” munkacsoportból Dr. Frederik Thiele és Niklas Lamberty vezette csapat a legmodernebb szupravezető detektorokat használta a fénykvantumok pontos mérésére. Ez az elektronikus áramkör rendkívül alacsony, -270 Celsius fok körüli hőmérsékleten működött, ami kulcsfontosságú volt a jelek jelentős késedelem nélküli feldolgozásához. Azt is megállapították, hogy az áramkör kevesebb hőt termel, ami nagyon fontos a kriosztátokban való működés szempontjából.

Az ARCTIC („Advanced Research on Cryogenic Technologies for Innovative Computing”) projektnév alatt összevont kutatás célja a kriogén fotonika és mikroelektronika európai ellátási láncának létrehozása. Ebben a projektben mintegy 36 vezető európai kutatóintézet, ipari gyártólétesítmény és alkalmazáspartner vesz részt. Együtt dolgoznak a skálázható IKT mikrorendszerek fejlesztésén, amelyek központi jelentőségűek a kvantumszámítástechnikai ipar számára.

A kvantumkommunikáció perspektívái

A fotonok gyors és precíz vezérlése nemcsak a kvantumszámításra vonatkozik, hanem ígéretes távlatokat is nyit a kvantumkommunikáció számára. Ez a technológia lehetővé teszi a kulcsok érintésmentes cseréjét a biztonság szempontjából releváns információk kódolásához. Az algoritmikus kriptográfiai módszerekkel ellentétben a kvantumkommunikáció biztonsága a kvantumösszefonódás fizikai elvein és a szuperpozíció elvén alapul. Fraunhofer IOF, amely ipari és üzleti partnerekkel dolgozik, fejleszti a kvantumkommunikációs rendszerek és az optikai kapcsolati technológiák alapjait.

Kiemelt szerepet kap itt a QuNET projekt, melynek célja a kvantumkommunikáció alkalmazása magas biztonsági szintű hálózatokban. A projekt első szakaszában egy kulcskísérletet hajtanak végre, amely többek között egy technológiai demonstrátort is tartalmaz, amely szabadsugaras optikai kapcsolaton keresztül teszi lehetővé két épület közötti biztonságos kapcsolatot. Ezek a fejlesztések jelentősen növelhetik a modern kommunikáció biztonsági szabványait.

A kriogenika és a kvantumkommunikáció fejlődése nemcsak technikai mérföldkövet jelent, hanem a kvantumprocesszorok és IKT-alkalmazások következő generációjában rejlő lehetőségeket is bemutatja. A kutatóintézetek és az ipar közötti együttműködés kulcsfontosságú lesz e technológiák továbbfejlesztésében és az alkalmazásokban való alkalmazásban.