Współpraca w celu zabezpieczenia przyszłych systemów łączności
Dla współczesnych systemów łączności nowe technologie, w tym potężne komputery kwantowe, mogą okazać się olbrzymim problemem, ponieważ umożliwią złamanie obecnie wykorzystywanych protokołów szyfrowania. Aby temu zaradzić, naukowcy już dziś pracują nad rozwojem sieci łączności opartych na komputerach kwantowych, aby zapewnić ich stabilność i bezpieczeństwo. Połączenie wiedzy i doświadczenia ekspertów po obu stronach Atlantyku pomoże przyspieszyć wdrażanie tej technologii zarówno w Stanach Zjednoczonych, jak i w Unii Europejskiej. „Łączność kwantowa jest technologią przyszłości, umożliwiającą bezpieczną komunikację niezależnie od przyszłych osiągnięć technologicznych i wynalazków”, wyjaśnia koordynator projektu Qurope Klaus Jöns(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Uniwersytetu Paderborn(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Niemczech. Te przyszłościowe sieci łączności mogą również zrewolucjonizować transmisję danych i zapoczątkować erę Internetu kwantowego. „Sieć kwantowa może łączyć urządzenia kwantowe, umożliwiając wymianę informacji kwantowych między nowymi czujnikami lub komputerami”, zauważa Jöns. „Bez łączności kwantowej przyszłe urządzenia kwantowe będą działały w izolacji, będą pozbawione łączności, na której opierają się ich konwencjonalne odpowiedniki”.
Zapotrzebowanie na infrastrukturę sieciową
Projekt Qurope, w ramach którego powstało transatlantyckie konsorcjum naukowców z Europy, Zjednoczonego Królestwa i Stanów Zjednoczonych, dążył do rozwoju sieci kwantowych poprzez opracowanie nowej hybrydowej architektury wzmacniaczy kwantowych. Niektóre dane kwantowe mogą zostać utracone, gdy fotony przepływają przez światłowody. Wzmacniacze kwantowe rozwiązują problem tych strat, skracając odległość między urządzeniami. Konsorcjum badaczy skutecznie przetestowało systemy pamięci kwantowej dzięki dostępowi do infrastruktury sieci kwantowej opracowanej przez partnerów z USA. „Współpraca była kluczowa, gdyż pozwoliła nam się skupić na szerszej perspektywie”, dodaje Jöns. „Obecnie potrzebujemy kompatybilnej infrastruktury sieci kwantowej dla całego świata, a zespół z Uniwersytetu Stony Brook w Stanach Zjednoczonych, któremu przewodził Eden Figueroa(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opracował sieć kwantową. Wiele nauczyliśmy się na podstawie konwencjonalnej infrastruktury, która została wykorzystana w celu skonfigurowania tej sieci; zespół wykorzystał mięzy innymi architekturę White Rabbit(odnośnik otworzy się w nowym oknie) jako mechanizm synchronizacji dla sieci kwantowych”.
Rzeczywiste rozwiązania kwantowe
Nowy system wzmacniacza kwantowego opracowany w ramach projektu opierał się na dwóch innowacyjnych technologiach opracowanych przez badaczy - splątanych kwantowo parach fotonów charakteryzujących się przestrajalną długością fali i możliwością działania na żądanie, a także szerokopasmowych pamięciach kwantowych, które zostały zaprojektowane z myślą o przechowywaniu i odzyskiwaniu splątanych fotonów. W ramach projektu zespół pracował nad architekturą wzmacniacza kwantowego drugiej generacji, opartą na pomiarach dwufotonowych. Dwufotonowa architektura wymaga dostępnych na żądanie źródeł splątanych par fotonów i absorpcyjnych pamięci kwantowych. „Architektury dwufotonowe zapewnią znacznie wyższe szybkości kubitów w porównaniu do ich jednofotonowych odpowiedników, jeśli tylko uda nam się skutecznie połączyć różne technologie”, wyjaśnia Jöns. Naukowcy przetestowali oba elementy indywidualnie i połączyli je w laboratorium, a następnie przeprowadzili testy układu w rzeczywistych zastosowaniach w celu kwantowej dystrybucji kluczy za pośrednictwem sieci światłowodowych i łączy w wolnej przestrzeni. „Teleportowaliśmy bity kwantowe przy użyciu dwóch niezależnych kwantowych źródeł światła przez sieci światłowodowe i łącza w wolnej przestrzeni. Naszemu konsorcjum udało się to osiągnąć jako pierwszemu zespołowi w historii dzięki półprzewodnikowym kropkom kwantowym”, zauważa Jöns.
Wdrażanie technologii sieci kwantowych
Współpraca i determinacja badaczy utorowały drogę do wdrożenia na dużą skalę wydajnej i bezpiecznej łączności kwantowej. Na podstawie udanego projektu Qurope, szereg partnerów rozpoczął kolejne projekty unijne w celu podniesienia poziomu gotowości technologicznej systemu wzmacniaczy kwantowych. „Dołączyliśmy również do spółki(odnośnik otworzy się w nowym oknie) budującej kwantowy sprzęt sieciowy z innymi badaczami, aby wdrożyć technologię sieci kwantowej”, mówi Jöns.