Tehnologiile care folosesc proprietatile fascinante si bizare ale mecanicii cuantice au facut pasi de gigant in ultimii ani. Aceste tehnologii, de la calculatoarele cuantice la comunicarea cuantica, vor schimba modul in care comunicam intre noi si vor amplifica enorm capacitatea de calcul. Proprietati cuantice precum suprapunerea de stari si asa-numitul entanglement, stau la baza acestor noi tehnologii, la care se lucreaza in diverse laboratoare in lumea intreaga cu sisteme fizice extrem de diferite intre ele: de la optica cuantica, la sisteme de ioni sau chiar circuite superconductoare.

Recent, un grup de oameni de stiinta de la   Universitatea din Bristol si de la Universitatea Tehnica din Danemarca a reusit realziarea unui nou record spre punerea la punct a acestor technologii cuantice: au teleportat informatia cuantica intre doua procesoare separate fizic, folosind entanglementul. Ce anume este aceasta proprietate cuantica? Entanglementul reprezinta o inseparabilitate intre partile unui sistem: de exemplu doua particule, precum ar fi doi fotoni, care se nasc impreuna  raman intr-o stare comuna, descrisa de ceea ce in mecanica cuantica se numeste functia de unda a sistemului. Aceasta functie de unda descrie un sistem care de obicei se afla intr-o suprapunere de stari, adica in acelasi timp sistemul se poate gasi in mai multe pozitii de exemplu, ceea ce este posibil doar pentru sistemele cuantice si nu cele descrise de fizica clasica. Ei bine, cand se efectueaza o masuratoare, adica observam sistemul, functia de unda care-l descrie colapseaza intr-o unica stare, ambii fotoni in exemplul pe care-l facem, colapsand instantaneu intr-una dintre starile permise. Ceea ce inseamna ca daca masuram unul din cei doi fotoni aflati in entanglement si celalalt, pe care de fapt nu-l observam, va colapsa in starea observata in primul foton. Aceasta proprietate sta la baza teleportarii cuantice, care nu are nimic de-a face cu teleportarea din literatura științifico-fantastică. Teleportarea cuantică reprezintă doar un transfer de informație, nefiind este o formă de transport a materiei. Ea este o modalitate de a transfera un bit cuantic dintr-un loc într-altul, fără a transporta totodată o particulă fizică.

Cercetatorii englezi si cei danezi au reusit sa teleporteze informatia cuantica intre doua microcipuri de siliciu, practic realizand teleportarea informatiei de la un microcip la altul. Rezultatele acestui studiu pionieristic au fost publicate recent intr-un articol in Nature Physics, articol in care cercetatorii au prezentat mai multe studii efectuate asupra celor doua microcipuri, demonstrand o fidelitate a teleportarii de circa 91%, ceea ce inseamna ca in 91% din cazuri informatia era teleportata in mod corect. Din punct de vedere tehnic cercetatorii au folosit asa-numite array of microring resonators integrate cu circuite de opica liniara care reusesc sa proceseze qubitii (unitatea de informatie cuantica) cu fidelitate mare.

Cele doua microcipuri au fost programate pentru realizarea unor studii care aveau la baza entanglementul, printre care si studii de schimb de entanglement, in care entanglementul era transferat altor fotoni, fara ca acestia sa fi interactionat direct cu primii fotoni, folosind deci ca mediatori fotonii aflati in stare de entanglement cu acestia. Acest transfer de entanglement este extrem de important in tehnologiile cuantice pentru comunicarea cuantica la mare distanta, unde este nevoie ca starea de entanglement, pe care se bazeaza siguranta comunicarii cuantice, sa fie improspatata si refacuta, cu un repetitor cuantic, dupa o anumita distanta intrucat exista riscul ca aceasta sa fie distrusa de interactia particulelor entangled cu sisteme externe.

Autorii studiului sustin ca acest studiu este extrem de important, punand bazele tehnologiilor CMOS cuantice, atat pentru comunicarea cuantica cat si procesarea informatiei cu proceduri cuantice. Suntem deci in mijlocul unei revolutii cuantice, care ar putea fi utilizata pentru rezolvarea unor probleme extrem de complexe, precum studiul proteinelor sau a creierului, care astazi sunt prea complexe chiar si pentru supercalculatoarele existente, dar si a unei retele de comunicatie cuantica sigura, in care hackerii sa nu mai poata „fura” informatiile sau ataca retelele si calculatoarele noastre.

 

Pentru mai multe informatii:

Daniel Llewellyn et al. Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon, Nature Physics (2019). DOI: 10.1038/s41567-019-0727-x

Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon. arxiv.org/abs/1911.07839

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro

Te-ar putea interesa și: