Revolucija v kvantnem raziskovanju: znanstveniki iz Paderborna postavljajo nove standarde!

Revolucija v kvantnem raziskovanju: znanstveniki iz Paderborna postavljajo nove standarde!

Znanstveniki iz Univerza v Paderbornu naredili prelomen napredek v kvantnih raziskavah. V novem projektu je bilo razvito kriogeno vezje, ki se uporablja za veliko hitrejši nadzor in manipulacijo svetlobnih kvantov (fotonov). Ta inovacija ni pomembna samo za kvantno računalništvo, ampak bi lahko imela tudi revolucionarne aplikacije v komunikaciji in simulaciji.

Rezultati te raziskave so bili objavljeni v strokovni reviji Optica. Raziskovalci so lahko aktivno manipulirali s svetlobnimi impulzi, sestavljenimi iz posameznih fotonov, kar je bilo mogoče s tako imenovano "feedforward operacijo". Ta metoda omogoča merjenje in nadzor svetlobnega toka v realnem času, kar bistveno zmanjša prejšnje tehnične omejitve, ki so povzročale časovne zakasnitve pri merjenju, obdelavi in ​​nadzoru. Nova tehnologija uspe te zakasnitve zmanjšati na manj kot četrt milijarde sekunde.

Tehnične inovacije in sodelovanja

Ekipa, ki sta jo vodila dr. Frederik Thiele in Niklas Lamberty iz delovne skupine "Mesoscopic Quantum Optics", je uporabila najsodobnejše superprevodne detektorje za natančno merjenje svetlobnih kvantov. To elektronsko vezje je delovalo pri ekstremno nizkih temperaturah okoli -270 stopinj Celzija, kar je bilo ključnega pomena za obdelavo signalov brez večjega zamika. Ugotovljeno je bilo tudi, da vezje proizvaja manj toplote, kar je zelo pomembno za delovanje v kriostatih.

Cilj raziskave, združene pod imenom projekta ARCTIC (»Napredne raziskave kriogenih tehnologij za inovativno računalništvo«), je vzpostaviti evropsko dobavno verigo za kriogeno fotoniko in mikroelektroniko. Ta projekt vključuje približno 36 najboljših evropskih raziskovalnih inštitutov, industrijskih proizvodnih obratov in aplikacijskih partnerjev. Skupaj se ukvarjata z razvojem razširljivih IKT mikrosistemov, ki so osrednjega pomena za industrijo kvantnega računalništva.

Perspektive za kvantno komunikacijo

Hiter in natančen nadzor fotonov nima samo posledic za kvantno računalništvo, ampak tudi odpira obetavne perspektive za kvantno komunikacijo. Ta tehnologija omogoča izmenjavo ključev za kodiranje informacij, pomembnih za varnost. V nasprotju z metodami algoritemske kriptografije varnost kvantne komunikacije temelji na fizikalnih principih kvantne prepletenosti in principu superpozicije. Fraunhofer IOF, ki sodeluje s partnerji iz industrije in gospodarstva, razvija temelje za kvantne komunikacijske sisteme in tehnologije optičnih povezav.

Pri tem ima posebno vlogo projekt QuNET, katerega cilj je uporaba kvantne komunikacije v visokovarnih omrežjih. V prvi fazi projekta bo izveden ključni eksperiment, ki med drugim vključuje tehnološki demonstrator, ki omogoča varno povezavo med dvema stavbama preko optične povezave s prostim snopom. Ta razvoj bi lahko bistveno povečal varnostne standarde v sodobnih komunikacijah.

Napredek v kriogeniki in kvantnih komunikacijah ne predstavlja samo tehničnega mejnika, temveč tudi prikazuje možnosti, ki so del naslednje generacije kvantnih procesorjev in aplikacij IKT. Sodelovanje med raziskovalnimi ustanovami in industrijo bo ključnega pomena za nadaljnji razvoj teh tehnologij in njihovo uvajanje v aplikacije.