6 Minuty
Nowy postęp w komunikacji kwantowej: Splątanie na ponad 100 km
W ubiegłym tygodniu dokonano przełomu, który znacząco przybliżył fizyków kwantowych do rozwiązania problemu nurtującego tę dziedzinę od dekad. Udało się utrzymać splątanie kwantowe na dystansie przekraczającym 100 kilometrów dzięki połączeniu wspartemu przekaźnikiem kwantowym.
Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin, pod kierownictwem Jianwei Pana oraz przy kluczowym udziale Qiang Zhanga i Xiaohui Bao, opublikowali wyniki eksperymentów, w których połączyli długowieczną pamięć kwantową z techniką zamiany splątania. Efektem tego było stworzenie stabilnych połączeń pamięci pomiędzy odległymi węzłami kwantowymi. Praca ta, opublikowana w najważniejszych czasopismach naukowych, pozwoliła po raz pierwszy przekroczyć barierę 100 kilometrów dla niezależnej od urządzeń dystrybucji klucza kwantowego (DI-QKD).
Dlaczego ten przełom ma znaczenie?
Włókna optyczne powodują tłumienie fotonów, co prowadzi do zaniku splątania – kluczowego zjawiska wykorzystywanego w sieciach kwantowych. Bez możliwości zatrzymania i ponownego połączenia stanów kwantowych, bezpieczne linki kwantowe można uzyskać jedynie na krótkich odcinkach. Przekaźniki kwantowe rozwiązują ten problem poprzez przechowywanie informacji kwantowych w lokalnych pamięciach i łączenie segmentów poprzez zamianę splątania. Pozwala to na przekazywanie delikatnych korelacji na dużo większe odległości.
Nowa architektura dla skalowalnych sieci kwantowych
Zespół z USTC nie tylko wydłużył dystans transmisji, ale przede wszystkim wykonał praktyczny krok ku skalowalnej architekturze przekaźników w sieciach kwantowych. Osiągnięto wysoką wierność splątania atom–atom, która była utrzymywana wystarczająco długo, aby przeprowadzić operacje międzysegmentowe wymagane w rzeczywistych sieciach. Ten bufor czasowy to element niezbędny, odróżniający ciekawostkę laboratoryjną od powtarzalnego, praktycznego komponentu w sieciach wielowęzłowych.
Bezpieczna dystrybucja klucza kwantowego (DI-QKD) na rekordową odległość
Dzięki przełomowi możliwe stało się uruchomienie niezależnej od urządzeń dystrybucji klucza kwantowego (DI-QKD) na dystansie powyżej 100 kilometrów. DI-QKD uznawany jest za złoty standard bezpieczeństwa kryptograficznego, ponieważ jego skuteczność nie zależy od zaufania do wewnętrznej konstrukcji urządzeń. Osiągnięcie tego poziomu odporności i wydajności otwiera drogę do wdrażania DI-QKD w sieciach miejskich i regionalnych.
Połączenie pamięci kwantowej i zamiany splątania – przepis na sukces
Wyniki eksperymentów wytyczają jasną drogę rozwoju: długowieczne pamięci kwantowe połączone z zamianą splątania tworzą przekaźniki umożliwiające powstanie bezpiecznych, dalekosiężnych połączeń kwantowych.
Na poziomie technicznym zespół połączył interfejsy optyczne z pamięciami atomowymi, synchronizując wymianę splątania między segmentami. Uzyskane splątanie pamięć–pamięć zachowało swoje właściwości przez czas dłuższy niż opóźnienia komunikacyjne i sterujące, co umożliwiło niezawodną zamianę splątania. W uproszczeniu: udało się „kupić czas” dla stanów kwantowych, aby mogły być przekazywane dalej, zamiast całkowicie zanikać.
Zwiększanie skali internetu kwantowego: trendy i wyzwania
Osiągnięcie to potwierdza dwa istotne trendy światowe:
- Chiny kontynuują ogromne inwestycje w infrastrukturę kwantową, notując przełomowe wyniki w zakresie łączy satelitarnych, miejskich sieci kwantowych, a teraz także technologii przekaźnikowej.
- Internet kwantowy powstaje krok po kroku: bezpieczne połączenia, precyzyjne czujniki i rozproszone przetwarzanie danych zbliżają się do architektury, która za dekadę lub dwie pozwoli na globalne połączenia procesorów i sensorów kwantowych z gwarantowanym bezpieczeństwem.
Najważniejsze wyzwania inżynieryjne
Przed naukowcami wciąż wiele trudności technicznych. Rozbudowa sieci z demonstracji obejmującej dwa węzły do wielosegmentowych, wielowęzłowych systemów będzie wymagać:
- doskonalszej korekcji błędów,
- dłużej żyjących oraz bardziej wydajnych pamięci kwantowych,
- integracji sprzętu pracującego poza warunkami laboratoryjnymi.
Tego typu kamienie milowe zmieniają jednak charakter dyskusji – coraz częściej chodzi już nie o możliwość osiągnięcia celu, a o szczegółową mapę drogową niezbędnych rozwiązań inżynieryjnych.
Protokoły, standardy – kto zdefiniuje nowy internet?
Gdy bloki budulcowe staną się niezawodne, pojawi się kluczowe pytanie: Kto opracuje protokoły, standardy i komercyjne warstwy technologiczne, które wprowadzą kwantowe bezpieczeństwo do codziennego internetu? Odpowiedź na to pytanie będzie fundamentalna nie tylko dla rozwoju kryptografii, ale i dla naszego sposobu myślenia o współdzielonym przetwarzaniu, precyzyjnych pomiarach i przepływie zaufania w środowisku cyfrowym.
Wraz z dalszym postępem technologii przekaźnikowych, nadchodzące lata mogą okazać się okresem nie tyle udowadniania zasad działania, co rzeczywistego łączenia miast, laboratoriów i przemysłu lokalnymi i globalnymi łączami kwantowymi.
Znaczenie przełomu dla przyszłości komunikacji kwantowej
Przełom chińskich naukowców nie tylko przesuwa granice możliwości technologii, ale otwiera nowy rozdział w wyścigu o stworzenie globalnego internetu kwantowego. Potencjalnie sieci te umożliwią bezpieczną wymianę informacji, rozproszone obliczenia oraz zdalne sterowanie urządzeniami kwantowymi w sposób niemożliwy do osiągnięcia w klasycznych sieciach optycznych.
Biorąc pod uwagę dotychczasowe tempo rozwoju przekaźników kwantowych i technologii pamięci, w najbliższej dekadzie możemy być świadkami transformacji komunikacji między miastami, laboratoriami, a nawet całymi sektorami przemysłu. W tej rzeczywistości standardy bezpieczeństwa zostaną podniesione na bardzo wysoki poziom, zwłaszcza w systemach państwowych, transporcie, sektorze bankowym czy służbie zdrowia.
Specyfika dystrybucji klucza kwantowego
Mechanizm dystrybucji klucza kwantowego (QKD) zapewnia odporność na podsłuch oraz nienaruszalność przesyłanych danych. Wersja DI-QKD eliminuje nawet ryzyko związane z niezaufanymi komponentami sprzętowymi, co jeszcze do niedawna uważane było za prawie nieosiągalne w praktycznych zastosowaniach na duże odległości.
Perspektywy rozwoju sieci kwantowych
Kolejne etapy rozwoju sieci kwantowych będą wymagały ścisłej współpracy nauki, przemysłu oraz administracji. Oto kluczowe aspekty, które będą miały największe znaczenie:
- Dalsza poprawa efektywności i stabilności pamięci kwantowej oraz przekaźników;
- Standaryzacja metod zamiany splątania między różnymi typami urządzeń;
- Zwiększanie integracji sprzętu z istniejącą infrastrukturą telekomunikacyjną;
- Tworzenie otwartych protokołów oraz certyfikowanie poziomu bezpieczeństwa rozwiązań kwantowych;
- Budowa kompetencji branżowych i akademickich gwarantujących rozwój nowej generacji inżynierów kwantowych.
W kontekście globalnej konkurencji, państwa takie jak Chiny, Stany Zjednoczone czy państwa Unii Europejskiej intensyfikują badania i inwestycje w infrastrukturę kwantową, mając świadomość, że osiągnięcie przewagi w tej dziedzinie przełoży się na bezpieczeństwo oraz przewagę technologiczną w nadchodzących dekadach.
Podsumowanie: Czy jesteśmy świadkami rewolucji internetowej?
Ostatni przełom naukowy w dziedzinie internetu kwantowego to ważny krok na drodze do zbudowania globalnie chronionych, bezpiecznych i wydajnych sieci komunikacyjnych. Odpowiedź na pytanie, kto zdefiniuje protokoły, zbuduje technologię i określi standardy internetu kwantowego, wpłynie nie tylko na cyberbezpieczeństwo, ale zadecyduje o kierunku rozwoju komunikacji cyfrowej na kolejne dziesięciolecia.
Jeśli tempo innowacji w zakresie przekaźników i pamięci kwantowej się utrzyma, przyszła dekada stanie się erą przechodzenia od eksperymentowania do praktycznej implementacji – łącząc miasta, laboratoria i gospodarkę poprzez nieosiągalnie dotąd bezpieczne połączenia kwantowe.
Źródło: scitechdaily
Zostaw komentarz