Η επιστήμη προχωράει με πολύ γοργά βήματα. Είναι ενδεικτικό ότι ένα βήμα πιο κοντά στο κβαντικό διαδίκτυο έφτασαν Ολλανδοί επιστήμονες δημιουργώντας το πρώτο κβαντικό δίκτυο πολλαπλών κόμβων στον κόσμο.

Οι επιστήμονες στο ερευνητικό κέντρο QuTech στην Ολλανδία δημιούργησαν ένα σύστημα το οποίο αποτελείται από τρεις κβαντικούς κόμβους που εμπλέκονται στους νόμους της κβαντικής μηχανικής που διέπουν τα υποατομικά σωματίδια. Είναι η πρώτη φορά που περισσότερα από δύο κβαντικά bit, ή “qubits” συνδέονται μεταξύ τους ως “κόμβοι” ή ως τελικά σημεία δικτύου, επισημάνθηκε στο ert.gr.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι τα πρώτα κβαντικά δίκτυα θα ξεκλειδώσουν πληθώρα εφαρμογών υπολογιστών που δεν μπορούν να εκτελεστούν από τις υπάρχουσες κλασικές συσκευές – όπως ταχύτερος υπολογισμός και βελτιωμένη κρυπτογραφία.

«Θα μας επιτρέψει να συνδέσουμε τους κβαντικούς υπολογιστές για περισσότερη υπολογιστική ισχύ, να δημιουργήσουμε απαραβίαστα-από χάκερ-δίκτυα και να συνδέσουμε ατομικά ρολόγια και τηλεσκόπια μαζί, με πρωτοφανή επίπεδα συντονισμού», εξηγεί ο Ματέο Πομπίλι, μέλος της ερευνητικής ομάδας του QuTech στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Ντελφτ στην Ολλανδία.

«Υπάρχουν επίσης πολλές εφαρμογές που δεν μπορούμε πραγματικά να προβλέψουμε. Μια από αυτές θα ήταν να δημιουργήσουμε έναν αλγόριθμο που θα εκτελεί εκλογές με ασφαλή τρόπο».

Όμως, κάπου εκεί τελειώνουν και οι ομοιότητες. Η διαφορά από το «κλασσικό» δυαδικό ψηφίο (bit) είναι ότι ενώ το bit μπορεί να πάρει μόνο μια από δύο δυνατές τιμές, (0 ή 1) το qubit είναι μια υπέρθεση και των δύο καταστάσεων ταυτόχρονα. Αυτή η παράξενη συμπεριφορά είναι το κλειδί στη δύναμη του κβαντικού υπολογισμού, καθώς επιτρέπει σε ένα qubit να εκτελεί ταυτόχρονα πολλαπλούς υπολογισμούς.

Η μεγαλύτερη πρόκληση της σύνδεσης αυτών των qubits σε ένα κβαντικό δίκτυο, είναι η καθιέρωση και η διατήρηση μιας διαδικασίας που ονομάζεται διεμπλοκή, ή αυτό που ο Αϊνστάιν χαρακτήρισε «αλλόκοτη δράση από απόσταση». Αυτό συμβαίνει όταν δύο qubits συνδεθούν, μοιραζόμενα τις φυσικές τους καταστάσεις, όποια και αν είναι η απόσταση που τα χωρίζει.

Η «αλλόκοτη δράση από απόσταση» επιτρέπει στους επιστήμονες να αλλάξουν την κατάσταση ενός σωματιδίου, τροποποιώντας την κατάσταση του απομακρυσμένου σωματιδίου, με σκοπό την τηλεμεταφορά πληροφοριών. Όμως, η κβαντική διεμπλοκή είναι δύσκολο να διατηρηθεί για μακρές χρονικές περιόδους, ειδικά επειδή υπάρχει ο κίνδυνος το διαπλεκόμενο σύστημα, να αλληλεπιδράσει με τον έξω κόσμο και να καταστραφεί από μια διαδικασία που ονομάζεται «αποσυμφωνία».

Αυτό σημαίνει, πρώτον, ότι οι κβαντικοί κόμβοι πρέπει να διατηρούνται σε εξαιρετικά κρύες θερμοκρασίες μέσα σε συσκευές που ονομάζονται κρυοστάτες, για να ελαχιστοποιηθούν οι πιθανότητες τα qubits να αλληλοεπιδράσουν με κάτι έξω από το σύστημα. Δεύτερον, τα φωτόνια που χρησιμοποιούνται στην εμπλοκή δεν μπορούν να ταξιδέψουν πολύ μεγάλες αποστάσεις πριν απορροφηθούν ή διασκορπιστούν, καταστρέφοντας έτσι το σήμα που αποστέλλεται μεταξύ δύο κόμβων.

«Το πρόβλημα σε αντίθεση με τα κλασικά δίκτυα, είναι ότι δεν μπορείτε να ενισχύσετε τα κβαντικά σήματα. Εάν προσπαθήσετε να αντιγράψετε το qubit, καταστρέφετε το αρχικό αντίγραφο», δήλωσε ο Πομπίλι, αναφερόμενος στο «θεώρημα μη-κλωνοποίησης» της Φυσικής.

«Αυτό περιορίζει πραγματικά τις αποστάσεις που μπορούμε να στείλουμε κβαντικά σήματα σε δεκάδες εκατοντάδες χιλιόμετρα. Εάν θέλετε να εγκαταστήσετε κβαντική επικοινωνία με κάποιον στην άλλη πλευρά του κόσμου, θα χρειαστείτε ενδιάμεσους κόμβους αναμετάδοσης». Οι Ολλανδοί ερευνητές συνέδεσαν δύο κβαντικούς επεξεργαστές μέσω ενός ενδιάμεσου κόμβου, πετυχαίνοντας παράλληλα κβαντική διεμπλοκή ανάμεσα σε πολλαπλούς μεμονωμένους κβαντικούς επεξεργαστές.

Ωστόσο, ο σχεδιασμός αυτής της περίεργης κβαντικής μηχανικής μεθόδου δεν ήταν το πιο κομμάτι στην έρευνά τους. Για να φτιάξουν τα διαπλεκόμενα φωτόνια και να τα μεταδώσουν στους κόμβους με τον σωστό τρόπο, οι ερευνητές έπρεπε να χρησιμοποιήσουν ένα πολύπλοκο σύστημα με καθρέφτες και φως λέιζερ. Έπρεπε επίσης να μειώσουν τον ενοχλητικό θόρυβο στο σύστημα, καθώς και να διασφαλίσουν ότι όλα τα λέιζερ που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή των φωτονίων, ήταν απόλυτα συγχρονισμένα.

«Μιλάμε για τρία έως τέσσερα λέιζερ για κάθε κόμβο, οπότε θα έχουμε 10 λέιζερ και τρεις κρυοστάτες που θα πρέπει να λειτουργούν ταυτόχρονα, μαζί με όλα τα ηλεκτρονικά και τον συγχρονισμό», δήλωσε ο Πομπίλι.

Το σύστημα τριών κόμβων είναι ιδιαίτερα χρήσιμο καθώς το qubit επιτρέπει στους ερευνητές να δημιουργήσουν διεμπλοκή στον κόμβο δικτύου ανά κόμβο, παρά να τα κάνουν όλα ταυτόχρονα. Μόλις γίνει αυτό, οι πληροφορίες μπορούν να μεταδοθούν σε ολόκληρο το δίκτυο.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές θέλουν να βελτιώσουν τα βασικά στοιχεία των υπολογιστικών δυνατοτήτων του δικτύου ώστε να μπορούν να λειτουργήσουν όπως και τα κλασικά δίκτυα υπολογιστών. Όλα αυτά τα πράγματα θα καθορίσουν την κλίμακα στην οποία θα μπορούσε να φτάσει το νέο κβαντικό δίκτυο.

Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 16 Απριλίου στο περιοδικό «Science».