კვანტური კომპიუტერები სწრაფად ვითარდებიან, მაგრამ ამჟამად შეზღუდულნი არიან დიდი ზომის იზოლირებული პროცესორების გამოყენების აუცილებლობით. ეს მკვეთრად განსხვავდება ჩვეულებრივი კომპაქტური კომპიუტერებისგან, რომლებსაც შეუძლიათ ინფორმაციის გაცვლა დიდ მანძილებზე, რაც საშუალებას აძლევს კომპიუტერებს ერთად შეასრულონ ამოცანები, რომლებიც ცალკეული მოწყობილობისთვის შეუძლებელია.

კვანტური კომპიუტერებსაც შეუძლიათ ინფორმაცია გაცვლონ სხვადასხვა პროცესორებს შორის, მაგრამ ეს უნდა მოხდეს ისე, რომ არ დაირღვეს ინფორმაციის კვანტური თვისებები. ამის მისაღწევად საჭიროა ახალი ხელსაწყო: კვანტური გამმეორებელი/გამაძლიერებელი, რომელიც აფიქსირებს და ასწორებს დანაკარგებსა და შეცდომებს ინფორმაციის გადაცემისას. კვანტური გამმეორებელი/გამაძლიერებელი არის მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია ჩაიჭიროს კვანტური ინფორმაციის მატარებელი ფოტონები და შეინახონ ინფორმაციას ლოკალურ მეხსიერებაში. ეს მეხსიერება შემდეგ ახორციელებს მარტივ გამოთვლებს, რათა შეინარჩუნოს ინფორმაცია და გადასცეს იგი მოთხოვნის შესაბამისად. კვანტური ქსელის აშენების მთავარი გამოწვევა სწორედ ასეთი კვანტური მეხსიერების ან "გამმეორებელი/გამმაძლიერებელი" კვანძების შექმნაა.

კვანტური მეხსიერების შემუშავება რთულ ამოცანას წარმოადგენს, მაგრამ სხვადასხვა მაცნიერების ჯგუფებმა შეძლეს პროგრესის მიღწევა ამ მიმართულებით. 2024 წლის 15 მაისს ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნებულ სტატიაში ჰარვარდის უნივერსიტეტის და ამაზონის ღრუბლოვანი ვებ-სერვისის (AWS) მეცნიერები გვაუწყებენ, რომ ბოსტონში არსებული სატელეკომუნიკაციო ოპტიკური კაბელების გამოყენებით მათ მოახერხეს კვანტური კომუნიკაცია 35 კმ მანძილით დაშორებულ ორ კვანტურ მეხსიერების კვანძს შორის ერთ წამზე მეტი ხნის განმავლობაში დეფექტების მქონე ალმასებისგან გაკეთებულ უნიკალური კვანტური მეხსიერების ქსელის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება სილიციუმის ვაკანსიის ცენტრი (SiV).

კვანტური ქსელი შედგება კვანძებისგან (რომლებსაც შეუძლიათ კვანტური ინფორმაციის დამუშავება) და კავშირებისგან (რომლებიც გამოიყენება ინფორმაციის გასაცვლელად კვანძებს შორის). როგორც კლასიკურ ბოჭკოვან ინტერნეტში, კვანტური ქსელში ინფორმაციის გავრცელება ხდება ფოტონების მეშვეობით რომლის გავრცელება შესაძლებელია დიდ მანძილებზე უკვე არსებული ტელეკომუნიკაციის ოპტიკური კაბელების ინფრასტრუქტურის გამოყენებით.

ჰარვარდისა და AWS-ის მეცნიერებმა კვანტური ქსელის კვანძად გამოიყენეს უნიკალური სისტემა: დეფექტები (ვაკანსიები) ალმასებში, რომლებიც იჭერენ სინათლეს და აიძულებენ მას იურთეირთქმედოს კვანტურ მეხსიერებებთან SiV-ების გამოყენებით. ამ სიტემას აქვს მრავალი უნიკალური თვისება. განსაკუთრებით აღსანიშნავია, რომ ამ მეხსიერებების მასიურად წარმოება არსებული ნანო-ტექნოლოგიებით უკვე შესაძლებელია.

ამ ტექნოლოგიის მთავარი შეზღუდვებია, რომ ის საჭიროებს ძალაინ დაბალ, აბსოლუტურ ნულთან ახლო ტემპერატურებს და მათთვის საჭირო ალმასების წარმოება რთულია. მიუხედავად ამ გამოწვევებისა, ალმასებზე დაფუძნებული კვანტური მეხსიერებები უნიკალურია, რადგან მათ მიაღწიეს კვანტური კომუნიკაციის დემონსტრაციის დონეს. SiV-ები მზად არიან რეალურ ქსელებში განთავსებისა და ტესტირებისთვის, რაც საშუალებას გვაძლევს უკეთ გავიგოთ როგორ იმუშავებს კვანტური ქსელები.

SiV-ზე დაფუძნებული კვანტური ქსელის მუშაობა იწყებოდა კვანტური ინფორმაციის კუბიტში (ერთეული ფოტონის სახით) კოდირებით და ამ ფოტონის კვანტურ მეხსიერებაზე არეკვლით, რომელიც ჰარვარდის ლაბორატორიაში ხდებოდა. როდესაც ფოტონი ურთიერთქმედებს კვანტურ მეხსიერებასთან, ის ხდება მასთან გადახლართული - რაც ნიშნავს, რომ ერთის გაზომვა გვაძლევს ინფორმაციას მეორეს შესახებ. ფოტონის გაზომვისას მისი სიხშირე განიცდის ცვლილებას, მაგრამ გადადის ისეთ სიხშირეზე, რომლისთვისაც დანაკარგები ოპტიკურ კაბელში მინიმალურია. კაბელში მოგზაურობის შემდეგ, ფოტონს არეკლავენ სხვა კვანტური მეხსიერებაზე სხვა ლაბორატორიაში, და ამრიგად, გადახლართულობა გადადის ფოტონიდან მეორე კვანტური მეხსიერებაზე. საბოლოოდ, მეორედ არეკლილი ფოტონი, იგზავნება დეტექტორზე, რომელიც ამჩნევს ფოტონის არსებობას, მაგრამ არ ავლენს სინათლეში დაცული კვანტური ინფორმაციის რაიმე ძირითად მონაცემებს. ეს პროცესი, რომელიც ცნობილია როგორც ჰერალდინგი, საშუალებას აძლევს ქსელს იცოდეს, როდის მოახერხდა კვანძებს შორის გადაჯაჭვულობის გენერირება. შედეგად მიღებულია წყვილი გადახლართული კვანტური მეხსიერებები, რომლებიც გადახლართული იყვნენ ფოტონით, რომელმაც 35 კილომეტრი მანძილი გაიარა.

მიუხედავად იმისა, რომ განხილული კვლევა მხოლოდ სადემონსტრაციო ფუნქციას ატარებს, იგი აჩვენებს ტექნოლოგიის პერსპექტივებს და მნიშვნელოვანია მომავალის კვანტური ინტერნეტის შექმნის საქმეში, რომელსაც შეეძლება ჰაკერებისგან დაცული ინფორმაციის გაგზავნა სხვადასხვა კვანტურ მდგომარეობებში მყოფი ფოტონების მეშვეობით. ქსელს ჯერ კიდევ სჭირდება მოწყობილობების გაუმჯობესება კომერციულად შესაბამისი სიჩქარისა და სიზუსტის მისაღწევად. ყველაზე მნიშვნელოვანი არის ასეთი მოწყობილობების გამოყენება, რომლებიც იყენებენ მრავალ კვანტურ მეხსიერებებს პარალელურად კომუნიკაციის სიჩქარის გასაზრდელად.

წყარო:

https://phys.org/news/2024-05-physicists-metro-area-quantum-network.html#google_vignette

https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240515122712.htm