Κβαντικές εφαρµογές χωρίς εξειδικευµένη υποδοµή
ΣΥΜΒΑΙΝΟΥΝ
Οι επιστήµονες βρήκαν έναν τρόπο να βοηθήσουν τα ευαίσθητα φωτόνια να αποµακρυνθούν από την πολυσύχναστη κυκλοφορία
Η κβαντική τηλεµεταφορά θα µπορούσε να παρέχει σχεδόν στιγµιαία επικοινωνία σε µεγάλες αποστάσεις. Όµως, µέσα στα καλώδια του διαδικτύου τα φωτόνια που χρειάζονται για την τηλεµεταφορά χάνονται µέσα στα εκατοµµύρια των σωµατιδίων φωτός που απαιτούνται για τις κλασικές επικοινωνίες.
Μια νέα µελέτη ποσοτικοποίησε τη σκέδαση φωτός για να βρει ακριβείς περιοχές για να τοποθετηθούν φωτόνια για να τα κρατήσει ασφαλή από άλλα σωµατίδια. Η προσέγγιση λειτούργησε µε επιτυχία σε πειράµατα που µεταφέρουν τακτική κίνηση στο διαδίκτυο. Οι µηχανικοί του North Western University είναι οι πρώτοι που επέδειξαν µε επιτυχία την κβαντική τηλεµεταφορά µέσω ενός καλωδίου οπτικών ινών που ήδη µεταφέρει κίνηση στο διαδίκτυο.
Η ανακάλυψη εισάγει τη νέα δυνατότητα συνδυασµού της κβαντικής επικοινωνίας µε τα υπάρχοντα καλώδια διαδικτύου, απλοποιώντας σηµαντικά την υποδοµή που απαιτείται για κατανεµηµένες εφαρµογές κβαντικής ανίχνευσης ή υπολογιστών. Η µελέτη δηµοσιεύτηκε την Παρασκευή 20 ∆εκεµβρίου στο περιοδικό «Optica». Ένας ειδικός στην κβαντική επικοινωνία, ο Πρεµ Κουµάρ, είναι καθηγητής Ηλεκτρολογίας και Μηχανικής Υπολογιστών στο Northwestern’s McCormick School of Engineering, όπου διευθύνει το Κέντρο Φωτονικής Επικοινωνίας και Υπολογι στών.
«Αυτό είναι απίστευτα συναρπαστικό, γιατί κανείς δεν πίστευε ότι ήταν δυνατό», είπε ο Κουµάρ του Πανεπιστηµίου Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της µελέτης. «Η δουλειά µας δείχνει µια πορεία προς τα κβαντικά και κλασικά δίκτυα επόµενης γενιάς που µοιράζονται µια ενοποιηµένη υποδοµή οπτικών ινών. Βασικά ανοίγει την πόρτα για την προώθηση των κβαντικών επικοινωνιών στο επόµενο επίπεδο».
Μόνο περιορισµένη από την ταχύτητα του φωτός, η κβαντική τηλεµεταφορά θα µπορούσε να κάνει τις επικοινωνίες σχεδόν στιγµιαίες. Η διαδικασία λειτουργεί αξιοποιώντας την κβαντική εµπλοκή, µια τεχνική στην οποία συνδέονται δύο σωµατίδια ανεξάρτητα από την απόσταση µεταξύ τους. Αντί τα σωµατίδια να ταξιδεύουν φυσικά για να παρέχουν πληροφορίες, τα µπερδεµένα σωµατίδια ανταλλάσσουν πληροφορίες σε µεγάλες αποστάσεις - χωρίς να τις µεταφέρουν φυσικά. «Στις οπτικές επικοινωνίες όλα τα σήµατα µετατρέπονται σε φως», εξήγησε ο Κουµάρ. «Ενώ τα συµβατικά σήµατα για κλασικές επικοινωνίες περιλαµβάνουν συνήθως εκατοµµύρια σωµατίδια φωτός, οι κβαντικές πληροφορίες χρησιµοποιούν µεµονωµένα φωτόνια».
Πριν από τη νέα µελέτη του Κουµάρ η συµβατική σοφία πρότεινε ότι µεµονωµένα φωτόνια θα πνίγονταν σε καλώδια γεµάτα µε εκατοµµύρια σωµατίδια φωτός που µεταφέρουν κλασικές επικοινωνίες. Θα ήταν σαν ένα αδύναµο ποδήλατο που προσπαθεί να πλοηγηθεί µέσα σε µια γεµάτη σήραγγα βαρέων φορτηγών µε ταχύτητα. Ο Κουµάρ και η οµάδα του ωστόσο βρήκαν έναν τρόπο να βοηθήσουν τα ευαίσθητα φωτόνια να αποµακρυνθούν από την πολυσύχναστη κυκλοφορία. Αφού διεξήγαγαν σε βάθος µελέτες πώς το φως διασκορπίζε ται µέσα στα καλώδια οπτικών ινών, οι ερευνητές βρήκαν ένα λιγότερο γεµάτο µήκος κύµατος φωτός για να τοποθετήσουν τα φωτόνιά τους. Στη συνέχεια πρόσθεσαν ειδικά φίλτρα για τη µείωση του θορύβου από την κανονική κίνηση στο διαδίκτυο. «Μελετήσαµε προσεκτικά πώς διασκορπίζεται το φως και τοποθετήσαµε τα φωτόνιά µας σε ένα σηµείο όπου αυτός ο µηχανισµός σκέδασης ελαχιστο ποιείται», είπε ο Κουµάρ. «Βρήκαµε ότι µπορούσαµε να εκτελέσουµε κβαντική επικοινωνία χωρίς παρεµβολές από τα κλασικά κανάλια που υπάρχουν ταυτόχρονα». Για να δοκιµάσουν τη νέα µέθοδο, ο Πρεµ Κουµάρ και η οµάδα του έστησαν ένα καλώδιο οπτικών ινών µήκους 30 χιλιοµέτρων µε ένα φωτόνιο σε κάθε άκρο. Στη συνέχεια έστελναν ταυτόχρονα κβαντικές πληροφορίες και κανονική κίνηση στο διαδίκτυο µέσω αυτών. Τέλος, µέτρησαν την ποιότητα των κβαντικών πληροφοριών στο άκρο λήψης, ενώ εκτελούσαν το πρωτόκολλο τηλεµεταφοράς κάνοντας κβαντικές µετρήσεις στο µεσαίο σηµείο. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι κβαντικές πληροφορίες µεταδόθηκαν επιτυχώς - ακόµη και όταν η κίνηση στο διαδίκτυο ήταν απασχοληµένη.
Στη συνέχεια ο Κουµάρ σχεδιάζει να επεκτείνει τα πειράµατα σε µεγαλύτερες αποστάσεις. Σχεδιάζει επίσης να χρησιµοποιήσει δύο ζεύγη εµπλεκόµενων φωτονίων -αντί ενός ζεύγους- για να δείξει την εναλλαγή εµπλοκής, ένα άλλο σηµαντικό ορόσηµο που οδηγεί σε κατανεµηµένες κβαντικές εφαρµογές. Τέλος, η οµάδα του διερευνά τη δυνατότητα διεξαγωγής πειραµάτων πάνω από εσωτερικά οπτικά καλώδια πραγµατικού κόσµου και όχι σε καρούλια στο εργαστήριο. Αλλά, ακόµη και µε περισσότερη δουλειά να κάνει, ο Κουµάρ είναι αισιόδοξος. «Η κβαντική τηλεµεταφορά έχει τη δυνατότητα να παρέχει κβαντική συνδεσιµότητα µε ασφάλεια µεταξύ γεωγραφικά αποµακρυσµένων κόµβων», είπε ο Πρεµ Κουµάρ. «Αλλά πολλοί άνθρωποι έχουν από καιρό υποθέσει ότι κανείς δεν θα κατασκεύαζε εξειδικευµένη υποδοµή για να στείλει σωµατίδια φωτός. Αν επιλέξουµε σωστά τα µήκη κύµατος, δεν θα χρειαστεί να δηµιουργήσουµε νέα υποδοµή. Κλασικές επικοινωνίες και κβαντικές επικοινωνίες µπορούν να συνυπάρχουν».
Πηγή: Northwestern University
Δημοσιεύθηκε στην Απογευματινή
Μια νέα µελέτη ποσοτικοποίησε τη σκέδαση φωτός για να βρει ακριβείς περιοχές για να τοποθετηθούν φωτόνια για να τα κρατήσει ασφαλή από άλλα σωµατίδια. Η προσέγγιση λειτούργησε µε επιτυχία σε πειράµατα που µεταφέρουν τακτική κίνηση στο διαδίκτυο. Οι µηχανικοί του North Western University είναι οι πρώτοι που επέδειξαν µε επιτυχία την κβαντική τηλεµεταφορά µέσω ενός καλωδίου οπτικών ινών που ήδη µεταφέρει κίνηση στο διαδίκτυο.
«Βασικά ανοίγει η πόρτα για την προώθηση των κβαντικών επικοινωνιών στο επόµενο επίπεδο»
Η ανακάλυψη εισάγει τη νέα δυνατότητα συνδυασµού της κβαντικής επικοινωνίας µε τα υπάρχοντα καλώδια διαδικτύου, απλοποιώντας σηµαντικά την υποδοµή που απαιτείται για κατανεµηµένες εφαρµογές κβαντικής ανίχνευσης ή υπολογιστών. Η µελέτη δηµοσιεύτηκε την Παρασκευή 20 ∆εκεµβρίου στο περιοδικό «Optica». Ένας ειδικός στην κβαντική επικοινωνία, ο Πρεµ Κουµάρ, είναι καθηγητής Ηλεκτρολογίας και Μηχανικής Υπολογιστών στο Northwestern’s McCormick School of Engineering, όπου διευθύνει το Κέντρο Φωτονικής Επικοινωνίας και Υπολογι στών.
«Αυτό είναι απίστευτα συναρπαστικό, γιατί κανείς δεν πίστευε ότι ήταν δυνατό», είπε ο Κουµάρ του Πανεπιστηµίου Northwestern, ο οποίος ηγήθηκε της µελέτης. «Η δουλειά µας δείχνει µια πορεία προς τα κβαντικά και κλασικά δίκτυα επόµενης γενιάς που µοιράζονται µια ενοποιηµένη υποδοµή οπτικών ινών. Βασικά ανοίγει την πόρτα για την προώθηση των κβαντικών επικοινωνιών στο επόµενο επίπεδο».
Μόνο περιορισµένη από την ταχύτητα του φωτός, η κβαντική τηλεµεταφορά θα µπορούσε να κάνει τις επικοινωνίες σχεδόν στιγµιαίες
Μόνο περιορισµένη από την ταχύτητα του φωτός, η κβαντική τηλεµεταφορά θα µπορούσε να κάνει τις επικοινωνίες σχεδόν στιγµιαίες. Η διαδικασία λειτουργεί αξιοποιώντας την κβαντική εµπλοκή, µια τεχνική στην οποία συνδέονται δύο σωµατίδια ανεξάρτητα από την απόσταση µεταξύ τους. Αντί τα σωµατίδια να ταξιδεύουν φυσικά για να παρέχουν πληροφορίες, τα µπερδεµένα σωµατίδια ανταλλάσσουν πληροφορίες σε µεγάλες αποστάσεις - χωρίς να τις µεταφέρουν φυσικά. «Στις οπτικές επικοινωνίες όλα τα σήµατα µετατρέπονται σε φως», εξήγησε ο Κουµάρ. «Ενώ τα συµβατικά σήµατα για κλασικές επικοινωνίες περιλαµβάνουν συνήθως εκατοµµύρια σωµατίδια φωτός, οι κβαντικές πληροφορίες χρησιµοποιούν µεµονωµένα φωτόνια».
Πριν από τη νέα µελέτη του Κουµάρ η συµβατική σοφία πρότεινε ότι µεµονωµένα φωτόνια θα πνίγονταν σε καλώδια γεµάτα µε εκατοµµύρια σωµατίδια φωτός που µεταφέρουν κλασικές επικοινωνίες. Θα ήταν σαν ένα αδύναµο ποδήλατο που προσπαθεί να πλοηγηθεί µέσα σε µια γεµάτη σήραγγα βαρέων φορτηγών µε ταχύτητα. Ο Κουµάρ και η οµάδα του ωστόσο βρήκαν έναν τρόπο να βοηθήσουν τα ευαίσθητα φωτόνια να αποµακρυνθούν από την πολυσύχναστη κυκλοφορία. Αφού διεξήγαγαν σε βάθος µελέτες πώς το φως διασκορπίζε ται µέσα στα καλώδια οπτικών ινών, οι ερευνητές βρήκαν ένα λιγότερο γεµάτο µήκος κύµατος φωτός για να τοποθετήσουν τα φωτόνιά τους. Στη συνέχεια πρόσθεσαν ειδικά φίλτρα για τη µείωση του θορύβου από την κανονική κίνηση στο διαδίκτυο. «Μελετήσαµε προσεκτικά πώς διασκορπίζεται το φως και τοποθετήσαµε τα φωτόνιά µας σε ένα σηµείο όπου αυτός ο µηχανισµός σκέδασης ελαχιστο ποιείται», είπε ο Κουµάρ. «Βρήκαµε ότι µπορούσαµε να εκτελέσουµε κβαντική επικοινωνία χωρίς παρεµβολές από τα κλασικά κανάλια που υπάρχουν ταυτόχρονα». Για να δοκιµάσουν τη νέα µέθοδο, ο Πρεµ Κουµάρ και η οµάδα του έστησαν ένα καλώδιο οπτικών ινών µήκους 30 χιλιοµέτρων µε ένα φωτόνιο σε κάθε άκρο. Στη συνέχεια έστελναν ταυτόχρονα κβαντικές πληροφορίες και κανονική κίνηση στο διαδίκτυο µέσω αυτών. Τέλος, µέτρησαν την ποιότητα των κβαντικών πληροφοριών στο άκρο λήψης, ενώ εκτελούσαν το πρωτόκολλο τηλεµεταφοράς κάνοντας κβαντικές µετρήσεις στο µεσαίο σηµείο. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι κβαντικές πληροφορίες µεταδόθηκαν επιτυχώς - ακόµη και όταν η κίνηση στο διαδίκτυο ήταν απασχοληµένη.
«Κλασικές επικοινωνίες και κβαντικές επικοινωνίες µπορούν να συνυπάρχουν»
Στη συνέχεια ο Κουµάρ σχεδιάζει να επεκτείνει τα πειράµατα σε µεγαλύτερες αποστάσεις. Σχεδιάζει επίσης να χρησιµοποιήσει δύο ζεύγη εµπλεκόµενων φωτονίων -αντί ενός ζεύγους- για να δείξει την εναλλαγή εµπλοκής, ένα άλλο σηµαντικό ορόσηµο που οδηγεί σε κατανεµηµένες κβαντικές εφαρµογές. Τέλος, η οµάδα του διερευνά τη δυνατότητα διεξαγωγής πειραµάτων πάνω από εσωτερικά οπτικά καλώδια πραγµατικού κόσµου και όχι σε καρούλια στο εργαστήριο. Αλλά, ακόµη και µε περισσότερη δουλειά να κάνει, ο Κουµάρ είναι αισιόδοξος. «Η κβαντική τηλεµεταφορά έχει τη δυνατότητα να παρέχει κβαντική συνδεσιµότητα µε ασφάλεια µεταξύ γεωγραφικά αποµακρυσµένων κόµβων», είπε ο Πρεµ Κουµάρ. «Αλλά πολλοί άνθρωποι έχουν από καιρό υποθέσει ότι κανείς δεν θα κατασκεύαζε εξειδικευµένη υποδοµή για να στείλει σωµατίδια φωτός. Αν επιλέξουµε σωστά τα µήκη κύµατος, δεν θα χρειαστεί να δηµιουργήσουµε νέα υποδοµή. Κλασικές επικοινωνίες και κβαντικές επικοινωνίες µπορούν να συνυπάρχουν».
Πηγή: Northwestern University
Δημοσιεύθηκε στην Απογευματινή
