Vedci práve teleportovali informáciu pomocou svetla: Tento míľnik nás približuje k funkčnému kvantovému internetu
Prvýkrát sa podarilo teleportovať informáciu medzi fotónmi z rôznych zdrojov, čo je kľúč k vytvoreniu bezpečnej siete chránenej kvantovou fyzikou a k digitálnej suverenite Európy.
Internet, aký dnes používaš, má jeden zásadný problém, nie je bezpečný. Útoky sú čoraz sofistikovanejšie, AI z útočníkov robí presných chirurgov a tvoje bankové údaje či správy sú pre nich lákavý cieľ. Práve preto sa veda už roky snaží postaviť na nohy úplne nový druh siete, kvantový internet, ktorý by spojenie chránil fyzikou samotnou.
Teraz prichádza míľnik, ktorý posúva celú myšlienku oveľa bližšie k realite. Tím z Univerzity v Stuttgarte dokázal niečo, čo doteraz nešlo. Preniesol kvantovú informáciu medzi dvoma fotónmi, ktoré vznikli v rôznych zdrojoch. Jednoduchšie povedané, preniesli informáciu z jedného svetelného „zrnka“ na druhé, aj keď pochádzali z odlišných miniatúrnych polovodičových ostrovčekov.
„Po prvý raz sme preniesli kvantovú informáciu medzi fotónmi z dvoch rôznych kvantových bodov,“ povedal šéf výskumu, profesor Peter Michler.
Znie to nenápadne, ale práve toto je kľúčový krok k zariadeniu, ktoré fyzici nazývajú kvantový repeater. Bez neho nejde vybudovať praktický kvantový internet.
Prečo vôbec potrebujeme kvantový internet?
V bežnej komunikácii posielaš jednotky a nuly, pri kvantovej komunikácii používajú vedci fotóny s rôznou polarizáciou. Čaro spočíva v tom, že tieto fotóny sa správajú podľa kvantových pravidiel. Ak by ich niekto odpočúval, okamžite to zanechá stopu. Je to sen každého, kto nechce, aby mu niekto čítal správy.
Problém však nastáva pri vzdialenostiach. Klasický internet sa v optických vláknach obnovuje každých približne 50 kilometrov vďaka zosilňovačom. Kvantové dáta ale nejde jednoducho skopírovať a poslať ďalej. Kvantová fyzika to nepovolí.
Neprehliadni
Riešením je kvantová teleportácia, proces, pri ktorom sa informácia prenesie z jedného fotónu na iný bez toho, aby ju niekto poznal. Funguje to, ak sa splní jedna extrémne tvrdá podmienka, fotóny musia byť takmer identické. Práve toto desaťročia brzdilo vývoj.
V Stuttgarte pracovali s takzvanými kvantovými bodmi, drobnými polovodičovými ostrovčekmi, ktoré vyrábajú jednotlivé fotóny na požiadanie. Jeden kvantový bod vytváral jeden fotón. Druhý generoval zapletený pár, dvojicu, ktorá sa správa ako jeden kvantový celok, aj keď ich od seba oddelíš.
Kľúčové bolo splniť náročnú podmienku. Farba a časový profil fotónov museli byť takmer totožné.
O to sa postaral tím z Drážďan, ktorý navrhol kvantové body s minimálnymi rozdielmi. A aby to bolo dokonalé, vedci využili „kvantové frekvenčné meniče“ zo Saarbrückenu, ktoré doladili posledné odchýlky.
„Fotóny z rôznych kvantových bodov sa ešte nikdy neteleportovali, je to extrémne náročná úloha,“ opísal prvý autor štúdie, Tim Strobel
Ako teleportácia prebehla
Jeden fotón z prvého kvantového bodu sa stretol s jedným fotónom zo zapleteného páru z druhého bodu. Tieto dva fotóny sa „prekrývali“, interferovali a vďaka tomuto prekrývaniu sa informácia presunula na druhého člena zapleteného páru, ktorý sa nachádzal mimo miesta interakcie.
Je to elegantný spôsob, ako preniesť informáciu bez jej odhalenia. Experiment tvoril základný stavebný prvok budúceho kvantového smerovača, ktorý raz nahradí dnešné zosilňovače.
Prepojenie prebiehalo cez optické vlákno s dĺžkou približne 10 metrov. Nie je to obrovská vzdialenosť, ale je to prvý dôkaz, že teleportácia medzi dvoma rôznymi svetelnými zdrojmi funguje.
To, čo sa udialo v Stuttgarte, nie je izolovaný akademický experiment. Spadá to do veľkého strategického projektu Európskej únie.
V rámci iniciatívy EuroQCI (European Quantum Communication Infrastructure) financuje Európska komisia vývoj celej európskej kvantovej komunikačnej siete. Cieľ je jednoduchý, aby Európa vlastnila vlastnú neprelomiteľnú infraštruktúru a nemusela sa spoliehať na USA alebo Čínu.
Práve preto má nemecký míľnik obrovský geopolitický dopad. Kvantový internet predstavuje bezpečnú komunikáciu pre štátne správy, armádu, nemocnice aj kritické systémy. Takéto siete pritom patria medzi technológie, ktoré dnes rozhodujú o technologickej nezávislosti kontinentov.
Stuttgart, Drážďany a Saarbrücken tak vytvorili niečo, čo má hodnotu ďaleko za hranicami výskumu, je to základ európskej digitálnej suverenity.
Čo ešte treba zlepšiť
Teleportácia zatiaľ nedosiahla stopercentnú úspešnosť, vedci sa pohybujú niečo nad 70 %. Fluktuácie v kvantových bodoch stále spôsobujú drobné rozdiely medzi fotónmi. Tím preto pracuje na presnejšej polovodičovej výrobe, aby sa tieto rozdiely ešte zmenšili.
Dlhé vzdialenosti však nepôsobia ako zásadný problém. V predchádzajúcom experimente ten istý tím preniesol zapletené fotóny cez 36 kilometrov optiky cez centrum Stuttgartu bez narušenia ich kvantového stavu.
„Tento experiment predstavuje roky vedeckého úsilia. Je vzrušujúce sledovať, ako sa základný výskum mení na prvé praktické výsledky,“ zhrnula jedna zo spoluatorkýň, Dr. Simone Luca Portalupi
Kvantový internet neprináša len vyššiu bezpečnosť. Dáva Európe šancu vybudovať vlastnú infraštruktúru, ktorá nebude závislá od cudzích technológií. Stuttgart teraz posunul jednu z najťažších prekážok, a hoci pred nami stojí ešte veľa práce, tento krok už patrí medzi tie, ktoré menia smer vývoja.
