Nov rekord v prepletanju kvantnih pomnilnikov

Kitajski raziskovalci so uspeli doseči prepletenost dveh kvantnih pomnilnikov na praktični razdalji 22 kilometrov, kar je skoraj dvajsetkrat toliko kot doslej. Uspeh je nova stopnica na poti do ojačevalcev signalov v kvantni komunikaciji, ki so nujen element kvantnega interneta.

Kvantno sporočanje obeta visoko odpornost na prikrito prisluškovanje, saj bi malopridneži pri branju informacij te nepopravljivo spremenili, kar bi se hitro opazilo. Podlaga za takšno zmogljivost je kvantna prepletenost - zanimiv pojav, ki je hudo begal že Einsteina in pravi, da je mogoče kvantni stanji dveh delcev povezati tako, da eden napovedljivo in hipno "začuti" spremembe pri drugem, ne glede na razdaljo med njima! To sicer ne pomeni, da je mogoče na ta način prenašati uporabno informacijo s hitrostjo, višjo od svetlobne, se pa da izrabiti na primer za prenos šifrirnih ključev. Zato so eksperimenti za doseganje prepletenosti na vse večjih razdaljah in po praktičnih podatkovnih vodilih tako pomembni. Rekord "po kablu" znaša nekaj sto kilometrov, medtem ko so Kitajci s pomočjo satelita Micius po zraku fotone prepletali na razdalji 1200 kilometrov. Toda s pomembnimi zadržki: informacije niso mogli shraniti, pa tudi izkoristek je bil hudo klavrn - en foton na šest milijonov poslanih, kar je za praktično rabo povsem neprimerno. Kvantni pomnilniki namreč še ne znajo kaj prida dolgo držati informacij, zato morajo biti procesi sporočanja kar se da učinkoviti.

Znanstveniki z Univerze za znanost in tehnologijo v Hefeju pa so sedaj dejansko uspeli s prepletanjem povezati dva fizično ločena kvantna pomnilnika. Zgradili so ju iz dveh oblakov s po stotimi milijoni rubidijevih atomov, močno ohlajenih na temperaturo, pri kateri ves oblak privzame skupno kvantno stanje, s čimer so dosegli odpornost na motnje. Pisanje in branje informacij iz teh oblakov se je vršilo s fotoni vidne svetlobe. Ko so dva takšna fotona - po enega iz vsakega oblaka - poslali po optičnem vodu in ju prepletli med seboj, so posledično prepletli tudi oba oblaka. Tako so uspeli doseči kvantno prepletenost pomnilnikov na razdali 22 kilometrov, in to pri visokem izkoristku več deset procentov. Dosedanji rekord je znašal 1,3 kilometra. Sledil je še drugi del eksperimenta, prepletanje z enim samim fotonom, na razdalji 50 kilometrov, toda tokrat po zvitem optičnem vodu (se pravi, oba pomnilnika sta bila v isti sobi). Tu je bil uspeh bolj teoretične sorte, saj so bile izgube tako velike, da je izkoristek padel v razred velikosti 10^-4. To pomeni, da bi po tem postopku za doseganje prepletenosti potrebovali pol sekunde, kar je nepraktično, ker je obstojnost podatkov v omenjenih oblakih zgolj 70 mikrosekund.

Dosežek tlakuje pot zmožnosti branja, shranjevanja in ponovnega zapisovanja kvantnih podatkov, kar je bistveno za razvoj kvantnega repetitorja, oziroma ojačevalca signala. Ta pa je nujen element, če želimo informacije pošiljati na kakršnihkoli uporabnih razdaljah. Mimogrede, le teden dni pred Kitajci so tudi raziskovalci iz Münchna objavili podvig v tej smeri, toda njim je uspelo sestaviti le polovico takšnega sistema, kot so ga v Hefeju. Kaže pa dogajanje, da se kvantnemu repetitorju bržkone res nezadržno bližamo.