Автор: Национальный университет Йокогамы (Yokohama National University)
(phys.org) - Дефекты в алмазах - дефекты в атоме, в которых углерод заменен азотом или другим элементом, - могут быть использованы в интерфейсе, близком к идеальному, используемом для квантовых вычислений, предлагаемого обмена данных, который может стать более быстрым и безопасным, чем существующие методы. Однако есть одна серьезная проблема: эти дефекты, известные как азото-замещенные вакансии в алмазе, управляются с помощью магнитного поля, которое несовместимо с существующими квантовыми устройствами. Представьте себе попытку подключить Altair, ранний персональный компьютер, разработанный в 1974 году, к Интернету через Wi-Fi. Это сложная, но не невыполнимая задача. Эти две технологии говорят на разных языках, поэтому первым делом нужно помочь с «переводом».
Исследователи из Йокогамского национального университета разработали интерфейсный подход для управления азото-замещенными вакансиями в алмазе таким образом, чтобы обеспечить прямую трансляцию в квантовые устройства. Они опубликовали свой метод 15 декабря в Communications Physics.
«Чтобы реализовать квантовый Интернет, требуется квантовый интерфейс для создания удаленной квантовой запутанности с помощью фотонов, которые являются квантовой коммуникационной средой», - сказал автор-корреспондент Хидео Косака (Hideo Kosaka), профессор Центра исследований квантовой информации (Quantum Information Research Center) Института перспективных наук (Institute of Advanced Sciences) и кафедры физики Высшей технологической школы (Graduate School of Engineering), оба действуют при Иокогамском национальном университете».
Обещанный квантовый Интернет уходит корнями в более чем столетнюю работу, в ходе которой исследователи определили, что фотоны являются одновременно частицами и волнами света, и что их волновое состояние может раскрывать информацию о состоянии их частиц и наоборот. Более того, эти два состояния могли влиять друг на друга: сжатие волны могло, так сказать, повредить частицу. Их природа запутана даже на огромных расстояниях. Цель состоит в том, чтобы контролировать запутанность для мгновенной и безопасной передачи дискретных данных.
Предыдущие исследования продемонстрировали, что эта управляемая запутанность может быть достигнута путем приложения магнитного поля к азото-замещенным вакансиям, сказал Косака, но необходимо использовать подход с применением немагнитного поля, чтобы приблизиться к реализации квантового Интернета.
Его команда успешно использовала микроволновые и световые поляризованные волны, чтобы запутать излучаемый фотон и левосторонние спиновые кубиты, квантовый эквивалент информационных битов в классических системах. Эти поляризации представляют собой волны, которые движутся перпендикулярно исходному источнику, как сейсмические волны, распространяющиеся горизонтально от вертикального сдвига разлома. В квантовой механике спиновое - правостороннее или левостороннее - свойство фотона определяет направление поляризации, а это означает, что оно предсказуемое и управляемое. По словам Косаки, критически важно, что при создании запутанности с помощью этого свойства в немагнитном поле связь оказывается устойчивой по отношению к другим переменным.
«Геометрическая природа поляризаций позволяет нам создавать удаленную квантовую запутанность, устойчивую к шумам и ошибкам синхронизации», - сказал Косака.
По словам Косаки, его команда объединит этот подход с ранее продемонстрированной передачей квантовой информации посредством телепортации, чтобы создать квантовую запутанность и, как следствие, обмен информацией между удаленными точками. Конечная цель, по словам Косаки, состоит в том, чтобы обеспечить объединенную сеть квантовых компьютеров для создания квантового Интернета.
«Реализация квантового Интернета сделает возможными квантовую криптографию, распределенные квантовые вычисления и квантовое зондирование на больших расстояниях свыше 1 000 километров», - сказал Косака.
