פיזיקאים מפתחים סיבים אופטיים מהדור הבא להעברת נתונים קוונטית עתידית

פיזיקאים מאוניברסיטת באת' בבריטניה פיתחו דור חדש של סיבים אופטיים מיוחדים שנועדו להתמודד עם אתגרי העברת נתונים עתידיים הצפויים עם עליית המחשוב הקוונטי.

פיזיקאים מאוניברסיטת באת' בבריטניה פיתחו דור חדש של סיבים אופטיים מיוחדים שנועדו לעמוד באתגרים הצפויים של העברת הנתונים הקרובים מחשוב קוונטי תְקוּפָה.

טכנולוגיות קוונטיות מבטיחות לספק כוח חישובי שאין שני לו, המאפשר לנו לפתור בעיות לוגיות מורכבות, לפתח תרופות חדשות ולספק טכניקות הצפנה בלתי ניתנות לשבירה לתקשורת מאובטחת. עם זאת, רשתות הכבלים המשמשות כיום להעברת מידע על פני הגלובוס צפויות להיות לא אופטימליות לתקשורת קוונטית, בשל הליבות המוצקות של הסיבים האופטיים שלהן.

בניגוד לסיבים אופטיים רגילים, לסיבים המיוחדים המיוצרים ב-Bath יש ליבה בעלת מבנה מיקרו, המורכב מתבנית מורכבת של כיסי אוויר העוברים לכל אורך הסיב.

"הסיבים האופטיים הקונבנציונליים שהם סוס העבודה של רשתות התקשורת שלנו כיום מעבירים אור באורכי גל הנשלטים לחלוטין על ידי אובדן זכוכית סיליקה. עם זאת, אורכי גל אלו אינם תואמים את אורכי הגל התפעוליים של ה-Single-פוטון מקורות, קיוביטים ורכיבים אופטיים פעילים, הנדרשים לטכנולוגיות קוונטיות מבוססות אור", אמרה ד"ר קריסטינה רוסימובה מהמחלקה לפיזיקה בבאת'.

ד"ר רוסימובה ועמיתיה מתארים את הסיבים העדכניים ביותר שיוצרו בבאת', יחד עם התפתחויות אחרות עדכניות ועתידיות בתחום המתפתח של מחשוב קוונטי, במאמר אקדמי שפורסם ב- מכתבי פיזיקה שימושית קוונטים.

ד"ר רוסימובה, שהיא הכותבת הבכירה הראשית של המאמר – המכונה פרספקטיבה – הוסיפה: "תכנון וייצור סיבים אופטיים הם בחזית המחקר של המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת באת', והסיבים האופטיים איתם אנו מפתחים מחשבים קוונטיים בראש מניחים את היסודות לצרכי העברת הנתונים של המחר."

הסתבכות קוונטית

האור הוא מדיום מבטיח לחישוב קוונטי. לחלקיקי האור הבודדים, הנקראים פוטונים, יש כמה תכונות קוונטיות ייחודיות שניתן לרתום על ידי טכנולוגיות קוונטיות.

דוגמה אחת כזו היא הסתבכות קוונטית, שבה שני פוטונים המופרדים במרחק גדול לא רק מכילים מידע זה על זה אלא גם יכולים להשפיע באופן מיידי על תכונותיו של זה. בניגוד לביטים הבינאריים של מחשבים קלאסיים (אחד או אפס), זוגות של פוטונים מסתבכים יכולים למעשה להתקיים כאחד וגם כאפס בו-זמנית, ומשחררים כמויות אדירות של כוח חישוב.

ד"ר קמרון מקגרי, עד לאחרונה פיזיקאי ב-Bath ומחבר ראשון של המאמר, אמר: "אינטרנט קוונטי הוא מרכיב חיוני במימוש ההבטחות העצומות של טכנולוגיה קוונטית מתפתחת כזו.

"בדומה לאינטרנט הקיים, אינטרנט קוונטי יסתמך על סיבים אופטיים כדי לספק מידע מצומת לצומת. הסיבים האופטיים הללו עשויים להיות שונים מאוד מאלה שנמצאים בשימוש כיום וידרשו טכנולוגיה תומכת שונה כדי להיות שימושיים."

בנקודת המבט שלהם, החוקרים דנים באתגרים הנלווים של האינטרנט הקוונטי מנקודת המבט של טכנולוגיית סיבים אופטיים ומציגים מערך של פתרונות פוטנציאליים להרחבה של רשת קוונטית חזקה ובקנה מידה רחב.

זה מקיף הן את הסיבים שישמשו לתקשורת ארוכת טווח, והן סיבים מיוחדים שיאפשרו משחזרים קוונטיים, המשולבים ישירות ברשת על מנת להרחיב את המרחק בו טכנולוגיה זו יכולה לפעול.

מעבר לחיבור צמתים

הם גם מתארים כיצד סיבים אופטיים מיוחדים יכולים לעבור מעבר לחיבור צמתים של רשת ליישום חישוב קוונטי בצמתים עצמם על ידי פעולתם כמקורות של פוטונים בודדים מסתבכים, ממירי אורך גל קוונטיים, מתגים בהפסד נמוך או כלי לזיכרונות קוונטיים.

ד"ר מקגרי אמר: "בניגוד לסיבים האופטיים המשמשים באופן סטנדרטי לתקשורת, לסיבים מיוחדים המיוצרים באופן שגרתי ב-Bath יש ליבה מובנית מיקרו, המורכבת מתבנית מורכבת של כיסי אוויר העוברים לכל אורך הסיב.

"התבנית של כיסי האוויר הללו היא המאפשרת לחוקרים לתפעל את תכונות האור בתוך הסיב וליצור זוגות סבוכים של פוטונים, לשנות את צבעם של פוטונים, או אפילו ללכוד אטומים בודדים בתוך הסיבים."

"חוקרים ברחבי העולם עושים התקדמות מהירה ומרגשת ביכולותיהם של סיבים אופטיים בעלי מבנה מיקרו בדרכים המעניינים את התעשייה", אמרה ד"ר קריאן הרינגטון שהיא חוקרת פוסט-דוקטורט במחלקה לפיזיקה.

"נקודת המבט שלנו מתארת ​​את ההתקדמות המרגשת של סיבים חדשים אלה וכיצד הם יכולים להועיל לטכנולוגיות קוונטיות עתידיות."

ד"ר אלכס דייוויס, עמית להאצת קריירה קוונטית של EPSRC ב-Bath, הוסיף: "היכולת של סיבים להגביל את האור בחוזקה ולהעביר אותו למרחקים ארוכים שהופכת אותם לשימושיים.

"כמו גם יצירת פוטונים סבוכים, זה מאפשר לנו ליצור מצבי אור קוונטיים אקזוטיים יותר עם יישומים במחשוב קוונטי, חישה מדויקת והצפנת מסרים בלתי ניתנת לחדירה."

יתרון קוונטי – יכולתו של מכשיר קוונטי לבצע משימה בצורה יעילה יותר ממחשב רגיל – טרם הוכח באופן סופי. האתגרים הטכנולוגיים שזוהו בפרספקטיבה עשויים לפתוח אפיקים חדשים של מחקר קוונטי, ולקרב אותנו להשגת אבן דרך חשובה זו. הסיבים האופטיים המיוצרים בבאת' צפויים לסייע בהנחת היסודות למחשבי הקוונטים של המחר.