Rewolucja w badaniach kwantowych: naukowcy z Paderborn wyznaczają nowe standardy!

Rewolucja w badaniach kwantowych: naukowcy z Paderborn wyznaczają nowe standardy!

Naukowcy z Uniwersytet w Paderborn dokonali przełomowych postępów w badaniach kwantowych. W ramach nowego projektu opracowano obwód kriogeniczny, który służy do znacznie szybszego kontrolowania i manipulowania kwantami światła (fotonami). Ta innowacja jest ważna nie tylko dla obliczeń kwantowych, ale może mieć również rewolucyjne zastosowania w komunikacji i symulacji.

Wyniki tych badań opublikowano w specjalistycznym czasopiśmie Optica. Badaczom udało się aktywnie manipulować impulsami świetlnymi składającymi się z pojedynczych fotonów, co było możliwe dzięki zastosowaniu tak zwanej „operacji wyprzedzającej”. Metoda ta pozwala na pomiar i kontrolę strumienia świetlnego w czasie rzeczywistym, znacznie redukując dotychczasowe ograniczenia techniczne, które powodowały opóźnienia czasowe w pomiarze, przetwarzaniu i sterowaniu. Nowa technologia pozwala zminimalizować te opóźnienia do mniej niż jednej czwartej miliardowej sekundy.

Innowacje techniczne i współpraca

Zespół kierowany przez dr Frederika Thiele i Niklasa Lamberty'ego z grupy roboczej „Mesoskopowa optyka kwantowa” wykorzystał najnowocześniejsze detektory nadprzewodzące do precyzyjnego pomiaru kwantów światła. Ten obwód elektroniczny działał w ekstremalnie niskich temperaturach rzędu -270 stopni Celsjusza, co było kluczowe dla przetwarzania sygnałów bez znaczących opóźnień. Stwierdzono również, że obwód generuje mniej ciepła, co ma ogromne znaczenie przy pracy w kriostatach.

Badania te, połączone pod nazwą projektu ARCTIC („Zaawansowane badania nad technologiami kriogenicznymi na rzecz innowacyjnych obliczeń”), mają na celu utworzenie europejskiego łańcucha dostaw kriogenicznej fotoniki i mikroelektroniki. W projekcie tym bierze udział około 36 czołowych europejskich instytutów badawczych, przemysłowych zakładów produkcyjnych i partnerów zajmujących się aplikacjami. Wspólnie pracują nad rozwojem skalowalnych mikrosystemów ICT, które mają kluczowe znaczenie dla branży obliczeń kwantowych.

Perspektywy komunikacji kwantowej

Szybka i precyzyjna kontrola fotonów ma nie tylko konsekwencje dla obliczeń kwantowych, ale także otwiera obiecujące perspektywy komunikacji kwantowej. Technologia ta umożliwia bezdotykową wymianę kluczy w celu kodowania informacji istotnych dla bezpieczeństwa. W przeciwieństwie do metod kryptografii algorytmicznej, bezpieczeństwo komunikacji kwantowej opiera się na fizycznych zasadach splątania kwantowego i zasadzie superpozycji. Fraunhofera IOF, która współpracuje z partnerami z przemysłu i biznesu, opracowuje podstawy systemów komunikacji kwantowej i technologii łączy optycznych.

Szczególną rolę odgrywa tu projekt QuNET, którego celem jest wykorzystanie komunikacji kwantowej w sieciach o wysokim bezpieczeństwie. W pierwszej fazie projektu zostanie przeprowadzony kluczowy eksperyment, w ramach którego powstanie m.in. demonstrator technologii umożliwiający bezpieczne połączenie dwóch budynków za pomocą łącza optycznego typu free-beam. Zmiany te mogą znacząco podnieść standardy bezpieczeństwa we współczesnej komunikacji.

Postępy w kriogenice i komunikacji kwantowej stanowią nie tylko kamień milowy pod względem technicznym, ale także ukazują możliwości tkwiące w następnej generacji procesorów kwantowych i zastosowaniach ICT. Współpraca między instytucjami badawczymi a przemysłem będzie kluczowa dla dalszego rozwoju tych technologii i wprowadzenia ich do zastosowań.