Κατάφεραν κβαντική τηλεμεταφορά!

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών, υπό την καθοδήγηση του Jordan Thomas από το Πανεπιστήμιο Northwestern των ΗΠΑ, κατάφερε για πρώτη φορά να πραγματοποιήσει κβαντική τηλεμεταφορά μέσω καλωδίου οπτικής ίνας μήκους 30 χιλιομέτρων. Το σημαντικότερο στοιχείο αυτής της επιτυχίας είναι ότι το ίδιο καλώδιο χρησιμοποιείται ήδη για συμβατικές επικοινωνίες υψηλής ισχύος, όπως μεταφορά δεδομένων με ταχύτητες 400 Gbps. Αυτό το ορόσημο, που παρουσιάστηκε στο περιοδικό «Óptica» και στον διακομιστή arXiv, ανοίγει τον δρόμο για την ενσωμάτωση κβαντικών δικτύων στην υπάρχουσα υποδομή τηλεπικοινωνιών.

Η κβαντική τηλεμεταφορά δεν αφορά τη φυσική μετακίνηση αντικειμένων, όπως συχνά παρουσιάζεται στη λογοτεχνία επιστημονικής φαντασίας. Αντίθετα, πρόκειται για τη μεταφορά της κβαντικής κατάστασης ενός σωματιδίου, όπως ενός φωτονίου, από ένα σημείο σε άλλο. Η διαδικασία βασίζεται στο φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής (quantum entanglement), κατά το οποίο δύο σωματίδια συνδέονται με τρόπο που οποιαδήποτε αλλαγή στην κατάσταση του ενός επηρεάζει ακαριαία το άλλο, ανεξάρτητα από την απόστασή τους.

Η τηλεμεταφορά επιτρέπει τη μεταφορά της πληροφορίας που περιέχεται σε ένα κβαντικό bit (qubit) χωρίς να χρειάζεται η φυσική μετακίνηση του σωματιδίου. Αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για τα μελλοντικά κβαντικά δίκτυα επικοινωνίας, ενισχύοντας τη συνεργασία και την ασφάλεια των δεδομένων.

Η επιτυχία αυτής της μεθόδου οφείλεται σε έναν συνδυασμό καινοτόμων τεχνικών που προστάτευσαν την κβαντική πληροφορία από την παρεμβολή του «θορύβου» των συμβατικών δεδομένων. Το πρόβλημα προκύπτει κυρίως από το φαινόμενο της αυθόρμητης διασποράς Raman (SpRS), που προκαλείται από τη μεταφορά συμβατικών σημάτων υψηλής ισχύος.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν οπτικά κανάλια στη ζώνη O (optical O-band), που είναι λιγότερο ευάλωτη στον θόρυβο. Ακόμη: στενό φιλτράρισμα φάσματος για τη μείωση της παρεμβολής και ανίχνευση πολλαπλών φωτονίων, ώστε να διασφαλίζεται η ακρίβεια της μεταφοράς. Η τηλεμεταφορά πραγματοποιήθηκε με επιτυχία, διατηρώντας υψηλή ακρίβεια, παρά την ταυτόχρονη μετάδοση συμβατικών δεδομένων στην ίδια ίνα.

Η χρήση της υπάρχουσας υποδομής οπτικής ίνας μειώνει το κόστος ανάπτυξης των κβαντικών δικτύων, καθώς δεν απαιτείται η κατασκευή νέων, ακριβών δικτύων.

Η κβαντική τηλεμεταφορά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κβαντική κρυπτογράφηση, που προσφέρει απόλυτη ασφάλεια στις επικοινωνίες, κβαντικούς επαναλήπτες, που αυξάνουν την εμβέλεια των δικτύων, αλλά και κβαντικούς υπολογιστές σε δίκτυο, που συνεργάζονται για την επίλυση πολύπλοκων προβλημάτων.

Η έρευνα έδειξε ότι η τηλεμεταφορά διατηρεί την ακρίβειά της, παρά τις παρεμβολές από συμβατικά δεδομένα. Το σφάλμα παρέμεινε στο 10%, αντίστοιχο με αυτό που παρατηρείται σε εργαστηριακές συνθήκες. Παρότι η επιτυχία είναι σημαντική, η τεχνολογία βρίσκεται ακόμα σε πρώιμο στάδιο.