Un experiment reușit al unor cercetători olandezi deschide drumul către construirea unui internet cuantic

Internetul cuantic, care nu va putea să existe mai devreme de 20 de ani, va fi o reţea la scară largă care îi conectează pe utilizatori prin aplicaţii inedite şi „imposibil de realizat cu ajutorul internetului clasic”, a declarat Ronald Hanson, cercetător la Universitatea Tehnică Delft din Ţările de Jos şi coautor al acestui studiu publicat în revista Nature.

Schimbul de informaţii nu se va mai face sub forma biţilor clasici, compuşi din cifrele 0 şi 1 de la baza informaticii, ci prin intermediul biţilor cuantici (qubiţi).

Aceşti „qubiţi” exploatează legile fizicii cuantice, disciplina care guvernează universul infinitezimal. Una dintre aceste proprietăţi este intricaţia, denumită şi „încurcare”, un fenomen straniu prin care două particule se comportă într-o manieră identică indiferent de distanţa care le separă: ca şi cum ar fi legate printr-un fir invizibil, ele împărtăşesc aceeaşi stare.

Starea unui „qubit” intricat este astfel împărtăşită de celălalt, iar coordonarea lor este atât de perfectă încât cercetătorii vorbesc despre teleportare: în teorie, orice modificare adusă proprietăţilor unui „qubit” modifică instantaneu proprietăţile celuilalt, chiar dacă se află la celălalt capăt al Terrei.

Biţii cuantici pot de fapt să se transmită prin intermediul fibrelor optice, însă teleportarea lor rămâne limitată: dincolo de distanţa de 100 de kilometri, semnalul se atenuează sau chiar se pierde. Dacă se doreşte ca intricaţia să fie menţinută de la un capăt la celălalt, este nevoie ca acei „qubiţi” să fie legaţi în mod direct printr-un „lanţ” cuantic.

Alice, Bob şi Charlie

Aceasta este realizarea descrisă în studiul publicat în revista Nature. Cercetătorii olandezi au introdus un releu, cu scopul de a lungi distanţa de comunicare. Comunicarea cuantică, limitată până acum la doi actori, denumiţi în mod convenţional Alice şi Bob, poate de acum înainte să conteze şi pe cel de-al treilea personaj, denumit Charlie.

Experimentul s-a desfăşurat în două laboratoare administrate de QuTech, un proiect de cercetare care reprezintă o colaborare între Universitatea Tehnică Delft şi Organizaţia olandeză pentru ştiinţe aplicate TNO.

„Qubiţi” pe bază de diamant au fost plasaţi într-un circuit ce conţinea trei interconexiuni denumite „noduri cuantice”. Nodurile Alice şi Bob se aflau în două laboratoare separate de o distanţă de mai mulţi metri şi conectate prin fibră optică, în timp ce Bob era legat în mod direct de Charlie. Alice şi Charlie nu puteau, pentru moment, să „vorbească” între ei.

Cercetătorii olandezi au intricat mai întâi nodurile legate fizic (cuplul Alice-Bob şi cuplul Bob-Charlie). Apoi, ei l-au utilizat pe Bob ca pe un intermediar şi, printr-un procedeu de schimb de intricaţie, au reuşit să îi conecteze pe Alice şi Charlie.

Deşi nu erau conectaţi fizic, Alice şi Charlie au putut astfel să îşi transmită în mod direct un mesaj. Semnalul a fost de o calitate excelentă, fără nicio diminuare – o provocare importantă prin prisma instabilităţii extreme a bitului cuantic.

Transmisia a putut fi făcută în cel mai mare secret, aşa cum vor legile fizicii cuantice: datorită intricaţiei, orice tentativă de interceptare sau de spionare a mesajului duce la schimbarea automată a „qubiţilor”, distrugând mesajul în sine.

Această primă reţea embrionară de teleportare cuantică deschide calea spre conexiuni la scară mare: ea a dovedit la nivel de laborator principiul existenţei unui repetitor cuantic fiabil – faimosul Bob -, care ar putea fi plasat între două noduri aflate la distanţe de peste 100 de kilometri şi care ar putea să crească astfel puterea semnalului transmis.

Inovaţia descrisă în articolul din revista Nature reprezintă „o victorie pentru ştiinţa fundamentală” şi „o soluţie în lumea reală pentru a depăşi o etapă a fizicii cuantice aplicate”, au declarat cercetătorii olandezi într-un comentariu intitulat „News & Views”, publicat în marja studiului original.

Atunci când vorbeşte despre internetul cuantic, fizicianul Ronald Hanson descrie un univers în care comunicaţiile vor fi „ultrasecurizate”, iar computerul cuantic va fi accesibil în cloud „cu o confidenţialitate a datelor noastre garantată de legile ‘naturale’ ale fizicii, cu o reţea de senzori foarte sensibili”.

Găsirea unor aplicaţii pentru internetul cuantic reprezintă „o arie de cercetare în sine”, a adăugat cercetătorul olandez, care speră că acest nou univers informatic se va naşte „peste mai puţin de 20 de ani”.

Sursa foto: Nature.com (Frank Auperle)