Revolúcia v kvantovom výskume: Vedci z Paderbornu stanovujú nové štandardy!

Revolúcia v kvantovom výskume: Vedci z Paderbornu stanovujú nové štandardy!

Vedci z Univerzita v Paderborne urobili prevratný pokrok v kvantovom výskume. V novom projekte bol vyvinutý kryogénny obvod, ktorý sa používa na oveľa rýchlejšie ovládanie a manipuláciu s kvantami svetla (fotónmi). Táto inovácia nie je dôležitá len pre kvantové výpočty, ale mohla by mať aj revolučné aplikácie v komunikácii a simulácii.

Výsledky tohto výskumu boli publikované v odbornom časopise Optica. Výskumníci boli schopní aktívne manipulovať so svetelnými impulzmi pozostávajúcimi z jednotlivých fotónov, čo bolo možné pomocou takzvanej „doprednej operácie“. Táto metóda umožňuje meranie a riadenie svetelného toku v reálnom čase, čím sa výrazne znižujú predchádzajúce technické obmedzenia, ktoré spôsobovali časové oneskorenia pri meraní, spracovaní a kontrole. Nová technológia dokáže minimalizovať tieto oneskorenia na menej ako štvrť miliardtiny sekundy.

Technické inovácie a spolupráce

Tím pod vedením Dr. Frederika Thieleho a Niklasa Lambertyho z pracovnej skupiny „Mesoscopic Quantum Optics“ použil najmodernejšie supravodivé detektory na presné meranie svetelných kvánt. Tento elektronický obvod pracoval pri extrémne nízkych teplotách okolo -270 stupňov Celzia, čo bolo kľúčové pre spracovanie signálov bez výraznejšieho oneskorenia. Tiež sa zistilo, že okruh generuje menej tepla, čo má veľký význam pre prevádzku v kryostatoch.

V kombinácii pod názvom projektu ARCTIC („Pokročilý výskum kryogénnych technológií pre inovatívne výpočtové systémy“) je cieľom výskumu vytvoriť európsky dodávateľský reťazec pre kryogénnu fotoniku a mikroelektroniku. Tento projekt zahŕňa približne 36 špičkových európskych výskumných ústavov, priemyselných výrobných zariadení a aplikačných partnerov. Spoločne pracujú na vývoji škálovateľných mikrosystémov IKT, ktoré majú ústredný význam pre priemysel kvantovej výpočtovej techniky.

Perspektívy kvantovej komunikácie

Rýchla a presná kontrola fotónov má nielen dôsledky pre kvantové výpočty, ale otvára aj sľubné perspektívy pre kvantovú komunikáciu. Táto technológia umožňuje zabezpečenú výmenu kľúčov na kódovanie informácií dôležitých pre bezpečnosť. Na rozdiel od metód algoritmickej kryptografie je bezpečnosť kvantovej komunikácie založená na fyzikálnych princípoch kvantového previazania a princípe superpozície. Fraunhofer IOF, ktorá spolupracuje s partnermi z priemyslu a obchodu, vyvíja základy pre kvantové komunikačné systémy a technológie optických spojov.

Osobitnú úlohu tu zohráva projekt QuNET, ktorého cieľom je využitie kvantovej komunikácie vo vysoko zabezpečených sieťach. V prvej fáze projektu sa uskutoční kľúčový experiment, ktorého súčasťou je okrem iného aj technologický demonštrátor, ktorý umožňuje bezpečné spojenie medzi dvoma budovami prostredníctvom optického spojenia s voľným lúčom. Tento vývoj by mohol výrazne zvýšiť bezpečnostné štandardy v modernej komunikácii.

Pokroky v kryogenike a kvantovej komunikácii predstavujú nielen technický míľnik, ale demonštrujú aj možnosti, ktoré sú vlastné ďalšej generácii kvantových procesorov a aplikácií IKT. Spolupráca medzi výskumnými inštitúciami a priemyslom bude kľúčová pre pokračovanie vo vývoji týchto technológií a ich zavádzanie do aplikácií.