Elkészült az első távolsági kvantumlink

A Max Planck Intézet kutatói összefonódott állapotba hoztak egy olyan atompárt, amelynek tagjai hatvan méterre „tartózkodtak” egymástól két külön laborban.

Elkészült az első távolsági kvantumlink

A fizikusok több mint egy évtizede dolgoznak olyan kvantummechanikai megoldásokon, amelyek lehetővé teszik az információ biztonságosabb átadását. Igazi kvantumhálózatot azonban még senki sem csinált: a „hagyományos” telekommunikációs hálózat kvantummechanikai megfelelőjében a háló bármely két állomása (vagy csomópontja) között feltörhetetlen kapcsolatot lehetne létesíteni. Ez utóbbi lépés továbbra is várat magára, viszont a Max Planck Intézet kutatói létrehozták az első kvantumlinket két különálló és egymástól nagy távolságra levő atom között. Elmondásuk szerint innen már nincs messze a hálózat megalkotása sem, hiszen csak ezeket a linkeket kell nagy számban kombinálni egymással, aminek elvi akadálya nincs.

Andrew Shields, a Toshiba Research Europe Ltd. alkalmazott fizikusa elmondta, hogy bár a múltban már épültek olyan hálózatok, amelyek kvantuminformációkat közvetítettek, ezek esetében a kapcsolódási pontokon az adatok mindig visszafordítódtak digitális formába, míg a most létrehozott kvantumlinkhez hasonló kapcsolatokból felépülő háló esetében az információ végig kvantumbitekben maradna az adó és a vevő között.

A kvantumkommunikáció egyik nagy előnye, hogy a részecskék állapotát lehetetlen megmérni anélkül, hogy megváltoztatnánk azt, azaz képtelenség lehallgatni az üzenetet. A (titkos) üzenetküldés jelenleg hagyományosnak számító módja, hogy az adó fél bináris formába fordítja az információt, és ezt matematikailag meghatározott módon összekeveri a „kulccsal”, amely szintén nullák és egyesek véletlenszerű sorozata. A vevő fél a kulcs ismeretében megfejti az üzenetet, és visszafordítja bináris formáról szöveggé.

Az egyik probléma ezzel a folyamattal a kulcs átadása olyan módon, hogy ahhoz a vevőn kívül senki más ne férhessen hozzá. Erre megoldás lehet a kulcs kvantumkódolása, vagyis az adó fotonok formájában küldi át a vevőnek a kódot. Ilyen esetben az esetleges „lehallgató” nem lesz képes meghatározni az egyes fotonok állapotát anélkül, hogy ezt megváltoztatná valamilyen módon, így nem is tud hozzáférni az információhoz. Ehhez hasonló, úgynevezett kvantumkód-kiosztású (QKD) hálózatok már léteznek ma is.

A jelenlegi módszer hátránya, hogy a kulcs kvantumbitek formájában szállítódik ugyan, de minden csomópontban leolvasásra kerül, majd újra lefordítódik a továbbítás előtt. Ezzel a hálózat csomópontjai nagyon sebezhetővé válnak. A megoldás a csomópontok kvantummechanikaivá tétele lehet a fizikusok szerint, mégpedig olyan módon, hogy a kapcsolódási pontokat különálló atomok alkotják.

A kvantummechanika elvei szerint egy atom csak bizonyos diszkrét energiaállapotokat vehet fel. A fizika azt is megengedi, hogy egy ilyen atom egyszerre két energiaállapotban legyen (nevezzük nullának és egynek), de ez bizonytalan helyzet azonnal valamelyik állapotba ugrik, amint megpróbálják meghatározni az atom energiáját. Tovább bonyolítja a helyzetet a kvantum-összefonódás, amelynek értelmében két atom állapota teljes mértékben korrelálhat egymással, akár az előbb említett „kettő az egyben” állapotban is. Ha az adó és a vevő oldalán egy ilyen összefonódott pár egy-egy tagja van, akkor ha az adó 1-nek méri saját atomja állapotát, akkor biztos lehet abban, hogy a vevő oldalán található atom is 1-es állapotba került.

Ilyen módon az adó és a vevő az összefonódott atomok ismételt mérésével véletlenszerű kulcsot hozhat létre a lehallgatás veszélye nélkül. Amennyiben az összefonódás egy harmadik atomra is kiterjeszthető, és egy lehallgató fél ráteszi a kezét valamelyik „állomásra”, azt a másik két fél rögtön érzékelni fogja, mivel a kémkedő méréseivel megváltoztatja a másik két atom állapotát is. A betolakodó jelenléte tehát rögtön észlelhető lesz, így az igazi kvantumhálózat elviekben feltörhetetlen.

A fenti gondolatmenet nagyon elegáns megoldást kínál a problémára, azonban megvalósításához két távoli atom összefonódása szükséges. Ezt oldotta meg Stephan Ritter kollégái segítségével: összefonódott állapotba hoztak egy olyan atompárt, amelynek tagjai két külön laborban „tartózkodtak” egy utca két oldalán. A kísérlet eredményeiről a Nature oldalain számolnak be a tudósok.

Az összefonódás megvalósítása nem olyan egyszerű, mint amilyennek hangzik: az „állomások” létrehozásához egy-egy lézerekkel, optikai felszereléssel és egyéb berendezésekkel teli laborra volt szükség. Az atomok egy optikai üregben foglaltak helyet, ezt két, egymástól fél milliméterre elhelyezett tükör alkotta. Az egyik atomra külső lézerforrást irányítottak, amelynek hatására egy foton emittálódott, és egy hatvan méter hosszú optikai szálon keresztül eljutott a másik labor optikai üregébe. Az itt található atom elnyelte a beérkező fotont, és ezzel az eredeti kvantuminformáció átadódott az első atomról a másodikra. Ha az első atomot megfelelő energiaállapotban sikerült „elkapni”, akkor a két atom állapota összefonódott. A kutatók szerint az összefonódás elviekben kiterjeszthető egy harmadik atomra is, innentől pedig skálázhatóvá válik a rendszer. Még rengeteg persze a tennivaló, mielőtt praktikusan használhatóvá lehetne egy ilyen összeállítás, de az irány nagyon bíztatónak tűnik.

 

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward