Milzīgo kvantu datu apmaiņu, ar ko apmainās kvantu datori tūkstošiem kilometru attālumā, var manipulēt ar jaunu detektoru, ko radījuši JPL un Caltech. Iespēja darboties miljoniem reižu ātrāk nekā pašreizējie datori ir kvantu skaitļošanā. Taču, lai kvantu datorus varētu savienot lielos attālumos, būs nepieciešams īpašs kvantu sakaru tīkls.
Lai palīdzētu izveidot šādu tīmekli, NASA Jet Propulsion Laboratory un Caltech zinātnieki ir izveidojuši ierīci, kas ar neticamu precizitāti spēj saskaitīt neskaitāmus sīkus fotonus (kvantu gaismas daļiņas). Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ) detektors var uzraudzīt laiku, kad katrs fotons trāpa pats sev 100 triljondaļās sekundes ar ātrumu 1,5 miljardi fotonu sekundē; tas ir kā mērīt atsevišķus ūdens pilienus, kas izsmidzināti no ugunsdzēsības šļūtenes. Citi detektori nevarēja sasniegt šo ātrumu.
"Kvantu informācijas pārraide lielos attālumos līdz šim ir bijusi ļoti ierobežota," sacīja Ioana Craiciu no PEACOQ projekta komandas, JPL pēcdoktorantūras pētniece un pirmā pētījuma autore. "Kvantu informācijas pārsūtīšana ar lielāku ātrumu un tālāk ir iespējama, pateicoties jaunām detektoru tehnoloģijām, piemēram, PEACOQ, kas var izmērīt atsevišķus fotonus ar milisekundes precizitāti."
Tradicionālie datori kopē informāciju kā 1 un 0 sēriju, ko parasti sauc par bitiem, un nosūta to, izmantojot modemus un sakaru tīklus. Pēc tam biti tiek pārnesti pa kabeļiem, optiskajām šķiedrām un kosmosu, izmantojot radioviļņus vai gaismas zibšņus. Kad gabali ir izgūti, tie tiek atkārtoti samontēti, lai iegūtu sākotnējos datus.
Saziņa starp kvantu datoriem ir atšķirīga. Kvantu biti vai kubiti tiek izmantoti, lai uzglabātu informāciju, kas ir būtiskas daļiņas, piemēram, elektroni un fotoni, kurus nevar reproducēt un pārsūtīt bez iznīcināšanas. Kvantu informācija tiek izkropļota tikai pēc dažiem desmitiem jūdžu, kas pārraidīta pa optiskajām šķiedrām, izmantojot kodētus fotonus, tādējādi palielinot grūtības un ievērojami samazinot jebkura nākotnes tīkla potenciālo izmēru.
Īpašs brīvās telpas optiskais kvantu tīkls varētu ietvert kosmosa "mezglus" uz Zemes orbītā esošajiem satelītiem, lai kvantu datori varētu sazināties ārpus šiem ierobežojumiem. Šie mezgli darbosies kā datu raidītāji, ģenerējot sapinušos fotonu pārus un nosūtot tos uz diviem kvantu datoru termināļiem, kas atrodas simtiem vai, iespējams, tūkstošiem kilometru attālumā viens no otra.
Pat ar lielu attālumu starp tiem sapinušies fotonu pāri ir tik savstarpēji saistīti, ka, mērot vienu, uzreiz mainās otra mērījuma rezultāti. Tomēr ļoti jutīgam detektoram, piemēram, PEACOQ, būtu precīzi jāmēra, kad tas saņēma katru fotonu, un jāpārraida tajā ietvertie dati, lai šos sapinušos fotonus varētu uztvert kvantu datora terminālis.
Apspalvojuma supravadītājs
Detektors ir maza ierīce. Tajā ir 32 niobija nitrīda supravadoši nanovadi uz silīcija mikroshēmas ar izstarojošiem savienotājiem, kas piešķir detektoram nosaukumu. Detektors ir tikai 13 mikronus plats. Katrs nanovads ir 10.000 XNUMX reižu plānāks nekā cilvēka mati.
PEACOQ detektors, ko izstrādājusi JPL Micro Devices Laboratory un atbalstījusi NASA Kosmosa sakaru un navigācijas (SCaN) programma, ir jāuztur kriogēnā temperatūrā, kas ir tikai 272 grādi pēc Fārenheita zem absolūtās nulles (mīnus 458 grādi pēc Celsija). Tas saglabā nanovadu supravadīšanas stāvokli; tas ir nepieciešams, lai absorbētos fotonus pārvērstu elektriskos impulsos, kas pārraida kvantu datus.
Detektoram jābūt pietiekami jutīgam, lai noteiktu atsevišķus fotonus, bet tam jābūt arī konstruētam tā, lai tas izturētu vairāku fotonu bombardēšanu vienlaikus. Šis mirušais laiks tiek samazināts līdz minimumam, lai gan katrs supravadošais nanovads detektorā īslaicīgi zaudē spēju noteikt vairāk fotonu, kad to satriec fotons. PEACOQ ir arī 32 nanovadi, tāpēc, kad viens "nomirst", pārējie var aizpildīt tukšumu.
Saskaņā ar Craiciu teikto, PEACOQ drīzumā tiks izmantots laboratorijas eksperimentos, lai demonstrētu kvantu komunikāciju ātrākā ātrumā vai lielākos attālumos. Ilgtermiņā tas varētu piedāvāt risinājumu problēmai, kā nosūtīt kvantu datus visā pasaulē.
Dziļās telpas testēšana
PEACOQ pamatā ir detektors, kas izveidots NASA Deep Space Optical Communications (DSOC) tehnoloģiju demonstrācijai, un ir daļa no lielākas NASA iniciatīvas, lai nodrošinātu brīvas telpas optiskos sakarus starp kosmosu un zemi. DSOC pirmo reizi tiks palaists vēlāk šogad kopā ar NASA Psyche misiju, lai parādītu, kā nākotnē varētu darboties liela joslas platuma optiskie sakari starp Zemi un dziļo kosmosu.
Lai gan DSOC zemes terminālis Caltech Palomar observatorijā Dienvidkalifornijā nepārraida kvantu informāciju, tam joprojām ir nepieciešama tikpat augsta precizitāte, lai skaitītu atsevišķus fotonus, kas nāk no lāzera no DSOC raiduztvērēja, kad tas pārvietojas dziļajā kosmosā.
Mets Šovs, kurš ir atbildīgs par JPL darbu supravadītāju detektoru jomā, sacīja: "Šī tehnoloģija tiek uzskatīta par tādu pašu tehnoloģiju kā cita detektoru kategorija. "Neatkarīgi no tā, vai tas ir kodēts ar kvantu informāciju vai mēs vēlamies atklāt atsevišķus fotonus no lāzera avota kosmosā, mēs joprojām uzskaitām atsevišķus fotonus," viņš teica.
Avots: jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57