Ένα πείραμα που διεξήχθη στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης πέτυχε την πρώτη τηλεμεταφορά μεταξύ κβαντικών υπολογιστών στον κόσμο χρησιμοποιώντας μια αφηρημένη πηγή φωτός συνδεδεμένη στο δίκτυο.
Αυτό το επίτευγμα ανοίγει νέους ορίζοντες για την κλιμάκωση των κβαντικών τεχνολογιών και τη διανομή κβαντικών μονάδων χωρίς να διακυβεύεται η λειτουργικότητά τους.
Η τηλεμεταφορά έλαβε χώρα σε σχετικά μικρή απόσταση, μόλις δύο μέτρα σε εργαστηριακές συνθήκες, αλλά το πείραμα έδειξε τις πραγματικές δυνατότητες ανταλλαγής κβαντικών πληροφοριών, που θα μπορούσε να θεωρηθεί ως μέρος ενός δικτύου παρόμοιο με το Διαδίκτυο αλλά για κβαντικά συστήματα.
Πιο συγκεκριμένα, τηλεμεταφορά στο πλαίσιο της κβαντικής φυσικής συνεπάγεται τη μεταφορά πληροφοριών μεταξύ αντικειμένων που βρίσκονται σε αόριστες καταστάσεις μέχρι τη στιγμή της μέτρησής τους.
Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται εμπλοκή, επιτρέπει την ανάμειξη των δυνατοτήτων διαφορετικών αντικειμένων και στη συνέχεια, μέσω προσεκτικής επιλογής διαστάσεων, τη διαβίβαση πληροφοριών μεταξύ τους. Αν και αυτό δεν είναι ακριβώς το είδος της τηλεμεταφοράς που ονειρεύονται οι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας, είναι ένα ζωτικό εργαλείο για τη μετάδοση των πληροφοριών που απαιτούνται για την εκτέλεση λογικών λειτουργιών σε μια κβαντική διαδικασία.
«Προηγούμενες επιδείξεις κβαντικής τηλεμεταφοράς είχαν επικεντρωθεί κυρίως στη μεταφορά κβαντικών καταστάσεων μεταξύ φυσικώς διαχωρισμένων συστημάτων», σημειώνει ο φυσικός Dougal Main.
Οι κλασικοί υπολογιστές βασίζονται σε δυαδικούς διακόπτες για την εκτέλεση υπολογισμών, ενώ τα κβαντικά συστήματα χρησιμοποιούν qubits – μαθηματικά πολύπλοκες κατανομές δυνατοτήτων που αντιπροσωπεύονται από την κατάσταση των σωματιδίων όπως τα φορτισμένα άτομα.
Πιθανή προσέγγιση για πρακτική εφαρμογή
Για να επιτευχθεί πρακτική εφαρμογή, απαιτούνται πολλά τέτοια σωματίδια με συνεπείς καταστάσεις. Στην πράξη, αυτή είναι μια διαδικασία έντασης εργασίας, που περιπλέκεται από την ανάγκη διόρθωσης σφαλμάτων και προστασίας των ευαίσθητων κβαντικών καταστάσεων από εξωτερικές επιρροές.
Μια πιθανή προσέγγιση είναι ο συνδυασμός πολλών μικρότερων κβαντικών επεξεργαστών σε ένα ενιαίο κβαντικό δίκτυο για τη δημιουργία ενός ισχυρού κβαντικού υπερυπολογιστή.
Αν και αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη μετάδοση κβαντικών πληροφοριών μέσω κυμάτων φωτός, η πιθανότητα αλλαγής της κατάστασης των δεδομένων κατά τη μετάδοση καθιστά δύσκολη την εφαρμογή αυτής της μεθόδου.
Η τηλεμεταφορά, από την άλλη πλευρά, απαιτεί τη διενέργεια μετρήσεων με βάση αξιόπιστα δυαδικά δεδομένα. Μόλις μεταδοθούν τα δεδομένα, ο παραλήπτης μπορεί να προσαρμόσει το «μπερδεμένο» σωματίδιο του ώστε να ταιριάζει με το πρωτότυπο.
Ως αποτέλεσμα του πειράματος, η κατάσταση περιστροφής τηλεμεταφοράς συνέπεσε με την αρχική κατάσταση κατά 86%, η οποία είναι αρκετά επαρκής για χρήση ως λογικό στοιχείο κατά την εκτέλεση απλών λειτουργιών. Για παράδειγμα, ο αλγόριθμος του Grover εφαρμόστηκε με επιτυχία με 71% απόδοση σε δύο κβαντικούς επεξεργαστές.
«Δημιουργώντας μονάδες με φωτονικές συνδέσεις, το σύστημά μας παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία, επιτρέποντας την αναβάθμιση και την αντικατάστασή τους χωρίς να διαταράσσεται ολόκληρη η αρχιτεκτονική», λέει ο Maine.
Η δυνατότητα ευέλικτης διαμόρφωσης ενός κβαντικού δικτύου ανοίγει νέες εφαρμογές για τεχνολογίες που μπορούν να μετρήσουν φυσικές διεργασίες στο πιο θεμελιώδες επίπεδο.
