Satu pasukan saintis di China telah mengaitkan kenangan kuantum lebih daripada 50 kilometer kabel serat optik, mengalahkan rekod terdahulu sebanyak lebih 40 kali ganda. Ini adalah langkah penting ke arah internet hack-bukti, kata para saintis.
Internet yang kita gunakan hari ini benar-benar ciptaan revolusi. Ia menghubungkan dunia dengan maklumat dan membolehkan kita berkongsi berjuta-juta gambar kucing yang comel dan lincah. Tetapi internet juga dipenuhi dengan penggodam yang cuba memintas maklumat penting atau sensitif. Untuk melawan balik, ahli fizik telah menghasilkan penyelesaian, dengan sedikit bantuan daripada kucing Schrödinger, kucing yang terkenal dan hipotesis yang mati dan hidup yang bertujuan untuk mengekspos sifat aneh zarah subatomik.
Penyelesaian yang dicadangkan itu adalah internet baru yang diperintah oleh dunia aneh mekanik kuantum. Internet semacam itu boleh menjadi standard untuk menghantar, menerima dan menyimpan data dengan selamat.
Dalam dunia pengkomputeran klasik, maklumat diwakili oleh bit dengan nilai sama ada 0 atau 1. Internet kuantum, seperti komputer kuantum, akan memanfaatkan salah satu sifat asas mekanik kuantum, prinsip superposisi. Prinsip ini digambarkan dengan menggunakan paradoks fizik Erwin Schrödinger tentang kucing dalam kotak yang sama-sama mati dan hidup pada masa yang sama. Komputer kuantum menggunakan bit kuantum, atau "qubit," yang boleh wujud dalam keadaan superposisi di mana mereka mempunyai nilai kedua-dua 1 dan 0 pada masa yang sama. Qubit wujud dalam keadaan ketidakpastian ini sehingga ia diukur oleh pemerhati, runtuh qubit ke dalam keadaan pasti 0 atau 1.
Jika anda memasangkan dua atau lebih qubit bersama-sama, mereka menjadi terikat. Keterlambatan kuantum adalah hubungan ethereal antara dua atau lebih zarah sedemikian rupa sehingga sebarang tindakan yang dilakukan pada satu seketika memberi kesan kepada yang lain, tanpa mengira seberapa jauhnya mereka. Albert Einstein terkenal memanggil fenomena ini "tindakan menakutkan di jauh." Keajaiban sebenar internet kuantum akan bermula apabila maklumat dihantar menggunakan zarah terikat, juga dikenali sebagai teleportasi kuantum.
"Telaga kuantum adalah satu cara untuk memindahkan keadaan kuantum yang tidak diketahui dari satu zarah kepada yang lain di lokasi yang jauh, tanpa menghantar zarah asal itu sendiri," Jian-Wei Pan, seorang profesor fizik di Universiti Sains dan Teknologi China di Hefei dan pengarang bersama kajian itu, dalam temu bual dengan Kajian Sains Kebangsaan.
Oleh kerana qubits terikat tidak secara fizikal dihubungkan bersama dalam sebarang bentuk atau bentuk, pemintasan komunikasi di antara mereka adalah mustahil.
Pan dan pasukannya telah menunjukkan kemunculan zarah cahaya, atau foton, dalam jarak jauh melalui ruang kosong. Pada tahun 2017, pasukannya mengikat dua foton yang dipisahkan sebanyak 746 batu (1,200 km) menggunakan geganti satelit bumi yang mengasyikkan bernama Micius.
Dalam praktiknya, kelemahan adalah perniagaan yang rapi. Yang terkecil daripada gangguan, seperti perubahan suhu atau getaran, boleh memecahkan hubungan antara zarah terikat, runtuh keadaan bersama mereka. Untuk mewujudkan internet kuantum yang sebenar, ahli fizik perlu meminta bantuan kenangan kuantum yang disebut.
"Memori kuantum adalah peranti yang menyimpan maklumat kuantum, perlu menyimpan superposisi dua negeri," kata Xiao-Hui Bao, seorang profesor fizik di Universiti Sains dan Teknologi China di Hefei dan pengarang bersama kajian itu. Sains Hidup.
Kenangan kuantum
Dalam kajian itu, yang diterbitkan pada 12 Februari di dalam jurnal Nature, Pan dan rakan-rakannya berjaya mengatasi kenangan kuantum sepanjang 50 km kabel gentian optik. Rekod pemisahan masa lalu antara kenangan adalah 0.8 batu (1.3 km).
Dalam percubaan kajian baru itu, ingatan kuantum adalah ensemble atom rubidium yang disejukkan dengan laser yang terperangkap dalam vakum, kata Bao. Pasukan itu menggunakan foton untuk membaca dan menulis kepada awan 100 juta atom terperangkap. Fotonya digunakan untuk menggembirakan atom ke dalam keadaan tenaga yang lebih tinggi, dengan menetapkan qubit yang dikehendaki para penyelidik untuk mengikat, dan menghasilkan foton terikat untuk dihantar ke bawah kabel optik. Para penyelidik kemudian perlu menukar kekerapan foton supaya tidak hilang dalam kabel serat optik 50 km yang dililit di makmal mereka. Akhirnya, foton boleh dihantar melalui perjalanannya melalui kabel untuk berjaya mengatasi memori kuantum kedua.
Walaupun kekeliruan kuantum antara kenangan dicapai, pasukan belum lagi melakukan teleportasi kuantum maklumat antara dua nod tersebut. Para penyelidik berkata mereka berharap kerja ini akan membuka jalan bagi mewujudkan web stesen geganti kuantum yang akan memperluas komunikasi jarak jauh ke arah yang lebih panjang, akhirnya menuju ke rangkaian kuantum berskala besar.
