Fizičari sa Univerziteta Bat u Velikoj Britaniji razvili su novu generaciju specijalnih optičkih vlakana kako bi se nosili sa izazovima prenosa podataka koji će se očekivati u budućem dobu kvantnog računarstva.
Kvantne tehnologije obećavaju da će obezbediti neuporedivu računarsku snagu, omogućavajući nam da rešimo složene logičke probleme, razvijemo nove lekove i obezbedimo neraskidive kriptografske tehnike za sigurnu komunikaciju. Međutim, kablovske mreže koje se danas koriste za prenos informacija širom sveta verovatno neće biti optimalne za kvantne komunikacije, zbog čvrstih jezgara njihovih optičkih vlakana.
Za razliku od običnih optičkih vlakana, specijalna vlakna proizvedena u Bathu imaju mikrostrukturirano jezgro, koje se sastoji od složenog uzorka vazdušnih džepova koji se protežu duž cele dužine vlakna.
„Konvencionalna optička vlakna koja su radni konj naših današnjih telekomunikacionih mreža emituju svetlost na talasnim dužinama koje su u potpunosti regulisane gubicima silicijum stakla. Međutim, ove talasne dužine nisu kompatibilne sa radnim talasnim dužinama jednofotonskih izvora, kubita, i aktivne optičke komponente, koje su potrebne za kvantne tehnologije zasnovane na svetlosti“, rekla je dr Kristina Rusimova sa Odeljenja za fiziku u Batu.
Dr Rusimova i njene kolege opisuju najsavremenija vlakna napravljena u Bathu, zajedno sa drugim nedavnim i budućim razvojima u novoj oblasti kvantnog računarstva, u akademskom radu objavljenom u Applied Phisics Letters Kuantum.
Dr Rusimova, koja je vodeći stariji autor rada, dodala je: „Dizajn i proizvodnja optičkih vlakana su na čelu istraživanja Odseka za fiziku Univerziteta u Batu, a optička vlakna koja razvijamo imajući na umu kvantne računare polažu osnove za potrebe prenosa podataka sutrašnjice“.
Svetlost je obećavajući medijum za kvantno računanje. Pojedinačne čestice svetlosti, koje se nazivaju fotoni, poseduju neka jedinstvena kvantna svojstva koja se mogu iskoristiti kvantnim tehnologijama.
Jedan takav primer je kvantna zapetljanost, gde dva fotona razdvojena velikom rastojanjem ne samo da drže informacije jedan o drugom, već mogu trenutno uticati na svojstva jedan drugog. Za razliku od binarnih bitova klasičnih računara (bilo jedinica ili nula), parovi zapletenih fotona mogu zapravo postojati i kao jedinica i kao nula u isto vreme, oslobađajući ogromne količine računarske snage.
Dr Kameron Mekgari, donedavni fizičar u Bathu i prvi autor rada, rekao je: „Kvantni internet je suštinski sastojak u ispunjavanju ogromnih obećanja takve kvantne tehnologije u nastajanju.
„Slično kao i postojeći internet, kvantni internet će se oslanjati na optička vlakna za isporuku informacija od čvora do čvora. Ova optička vlakna će se verovatno veoma razlikovati od onih koja se trenutno koriste i zahtevaće drugačiju tehnologiju podrške da bi bila korisna.“
U svojoj perspektivi, istraživači raspravljaju o povezanim izazovima kvantnog interneta sa stanovišta tehnologije optičkih vlakana i predstavljaju niz potencijalnih rešenja za skalabilnost robusne kvantne mreže širokih razmera.
Ovo obuhvata i vlakna koja će se koristiti za komunikaciju velikog dometa, i specijalna vlakna koja će omogućiti kvantne repetitore, integrisane direktno u mrežu kako bi se proširila udaljenost na kojoj ova tehnologija može da radi.
Oni takođe opisuju kako specijalna optička vlakna mogu ići dalje od povezivanja čvorova mreže do implementacije kvantnog proračuna u samim čvorovima delujući kao izvori upletenih pojedinačnih fotona, kvantnih pretvarača talasnih dužina, prekidača sa malim gubicima ili posuda za kvantne memorije.
Dr McGari je rekao: „Za razliku od optičkih vlakana koja se standardno koriste za telekomunikacije, specijalna vlakna koja se rutinski proizvode u Bathu imaju mikrostrukturirano jezgro, koje se sastoji od složenog uzorka vazdušnih džepova koji se protežu duž cele dužine vlakna.
„Uzorak ovih vazdušnih džepova je ono što omogućava istraživačima da manipulišu svojstvima svetlosti unutar vlakna i stvaraju zapletene parove fotona, menjaju boju fotona ili čak zarobljavaju pojedinačne atome unutar vlakana.
„Istraživači širom sveta ostvaruju brz i uzbudljiv napredak u mogućnostima mikrostrukturiranih optičkih vlakana na načine koji su od interesa za industriju“, rekla je dr Kerijan Harington, koja je postdoktorski istraživač na Odeljenju za fiziku.
„Naša perspektiva opisuje uzbudljiv napredak ovih novih vlakana i kako bi ona mogla biti korisna za buduće kvantne tehnologije.“
Dr Aleks Dejvis, saradnik EPSRC Kuantum Career Acceleration u Bathu, dodao je: „Korisnim ih čini sposobnost vlakana da čvrsto ograniče svetlost i da je prenose na velike udaljenosti.
„Pored generisanja zamršenih fotona, ovo nam omogućava da generišemo egzotičnija kvantna stanja svetlosti sa primenama u kvantnom računarstvu, preciznom detekciji i neosvojivom šifrovanju poruka.“
Kvantna prednost – sposobnost kvantnog uređaja da izvrši zadatak efikasnije od konvencionalnog računara – tek treba da bude konačno demonstrirana. Tehnološki izazovi identifikovani u perspektivi će verovatno otvoriti nove puteve kvantnog istraživanja i dovesti nas bliže postizanju ove važne prekretnice. Očekuje se da će optička vlakna proizvedena u Bathu pomoći u postavljanju temelja za kvantne kompjutere sutrašnjice.
Tim istraživača u Bathu je takođe uključivao starijeg predavača, dr Pitera Moselija.
