Didžiulius kvantinių duomenų kiekius, kuriais keičiasi kvantiniai kompiuteriai už tūkstančių kilometrų, galima manipuliuoti nauju detektoriumi, kurį sukūrė JPL ir Caltech. Galimybė veikti milijonus kartų greičiau nei dabartiniai kompiuteriai slypi kvantiniame skaičiavime. Tačiau norint, kad kvantiniai kompiuteriai būtų sujungti dideliais atstumais, reikės specialaus kvantinio ryšio tinklo.
Kad padėtų sukurti tokį tinklą, NASA Jet Propulsion Laboratory ir Caltech mokslininkai sukūrė įrenginį, galintį neįtikėtinai tiksliai suskaičiuoti daugybę mažyčių fotonų (kvantinės šviesos dalelių). Performance Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ) detektorius gali stebėti laiką, kada kiekvienas fotonas atsitrenkia į save per 100 trilijonų sekundės dalių, 1,5 milijardo fotonų per sekundę greičiu; tai tarsi atskirų vandens lašų, išpuršktų iš gaisrinės žarnos, matavimas. Kiti detektoriai negalėjo pasiekti tokio greičio.
"Kvantinės informacijos perdavimas dideliais atstumais iki šiol buvo labai ribotas", - sakė Ioana Craiciu iš PEACOQ projekto komandos, JPL doktorantūros tyrėja ir pirmasis tyrimo autorius. „Perduoti kvantinę informaciją didesniu greičiu ir toliau įmanoma dėl naujų detektorių technologijų, tokių kaip PEACOQ, kurios gali išmatuoti pavienius fotonus milisekundės tikslumu.
Tradiciniai kompiuteriai kopijuoja informaciją kaip 1 ir 0 serijas, paprastai žinomas kaip bitai, ir siunčia ją modemais ir ryšio tinklais. Tada bitai perkeliami per kabelius, optinius pluoštus ir erdvę, naudojant radijo bangas arba šviesos blyksnius. Paėmus gabalus, jie vėl surenkami, kad būtų gauti pirminiai duomenys.
Ryšys tarp kvantinių kompiuterių skiriasi. Kvantiniai bitai arba kubitai naudojami informacijai saugoti, o tai yra pagrindinės dalelės, tokios kaip elektronai ir fotonai, kurių negalima atkurti ir pakartotinai perduoti jų nesunaikinus. Kvantinė informacija iškraipoma tik po kelių dešimčių mylių, perduodama optiniais pluoštais naudojant koduotus fotonus, todėl padidėja sunkumų ir labai sumažėja potencialus bet kurio būsimo tinklo dydis.
Specialus laisvos erdvės optinis kvantinis tinklas galėtų apimti kosminius „mazgus“ aplink Žemę skriejančius palydovus, kad kvantiniai kompiuteriai galėtų bendrauti už šių apribojimų ribų. Šie mazgai veiks kaip duomenų siųstuvai, generuodami susipynusias fotonų poras ir siųsdami jas į du kvantinių kompiuterių terminalus, esančius šimtų ar galbūt tūkstančių kilometrų atstumu vienas nuo kito.
Net esant dideliam atstumui tarp jų, įsipainiojusios fotonų poros yra taip tarpusavyje susijusios, kad matuojant vieną akimirksniu pasikeičia kito matavimo rezultatai. Tačiau labai jautrus detektorius, pavyzdžiui, PEACOQ, turėtų tiksliai išmatuoti, kada jis gavo kiekvieną fotoną, ir perduoti jame esančius duomenis, kad šiuos įsipainiojusius fotonus galėtų priimti kvantinio kompiuterio terminalas.
Plunksnų superlaidininkas
Detektorius yra mažas prietaisas. Jame yra 32 niobio nitrido superlaidūs nanolaidai ant silicio lusto su spinduliuojančiomis jungtimis, kurios suteikia detektoriui pavadinimą. Detktorius yra tik 13 mikronų pločio. Kiekvienas nanolaidelis yra 10.000 XNUMX kartų plonesnis už žmogaus plauką.
JPL mikro įrenginių laboratorijos sukurtas ir NASA kosminių ryšių ir navigacijos (SCaN) programos palaikomas PEACOQ detektorius turi būti laikomas kriogeninėje temperatūroje, kuri yra vos 272 laipsniais pagal Farenheitą žemiau absoliutaus nulio (minus 458 laipsniai Celsijaus). Taip išsaugoma nanolaidų superlaidumo būsena; tai būtina, kad jie absorbuotus fotonus paverstų elektriniais impulsais, perduodančiais kvantinius duomenis.
Detektorius turi būti pakankamai jautrus, kad aptiktų pavienius fotonus, bet taip pat turi būti pagamintas taip, kad atlaikytų kelių fotonų bombardavimą vienu metu. Šis negyvas laikas sumažinamas iki minimumo, nors kiekvienas superlaidus nanolaidelis detektoriuje laikinai praranda gebėjimą aptikti daugiau fotonų, kai jį pataikė fotonas. PEACOQ taip pat turi 32 nanolaidelius, todėl vienam „miršus“, kiti gali užpildyti tuštumą.
Pasak Craiciu, PEACOQ netrukus bus naudojamas laboratoriniuose eksperimentuose, siekiant parodyti kvantinį ryšį didesniu greičiu arba didesniu atstumu. Ilgainiui tai galėtų pasiūlyti kvantinių duomenų siuntimo visame pasaulyje problemos sprendimą.
Deep Space Testing
PEACOQ yra pagrįstas detektoriumi, sukurtu NASA Deep Space Optical Communications (DSOC) technologijos demonstravimui, ir yra didesnės NASA iniciatyvos, kuria siekiama sudaryti sąlygas laisvos erdvės optiniam ryšiui tarp kosmoso ir žemės, dalis. DSOC pirmą kartą startuos vėliau šiais metais kartu su NASA Psyche misija, siekdama parodyti, kaip ateityje galėtų veikti didelio pralaidumo optiniai ryšiai tarp Žemės ir gilios erdvės.
Nors DSOC įžeminimo terminalas Caltech Palomaro observatorijoje Pietų Kalifornijoje neperduos kvantinės informacijos, jam vis tiek reikia tokio pat didelio tikslumo, kad būtų galima suskaičiuoti atskirus fotonus, gaunamus iš lazerio iš DSOC siųstuvo-imtuvo, kai jis keliauja per gilią erdvę.
Mattas Shaw, atsakingas už JPL darbą superlaidžių detektorių srityje, sakė: „Tai laikoma ta pačia technologija kaip ir kita detektorių kategorija. „Nesvarbu, ar tai užkoduota kvantine informacija, ar norime kosmose aptikti atskirus fotonus iš lazerio šaltinio, vis tiek skaičiuojame pavienius fotonus“, – sakė jis.
Šaltinis: jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57