Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.
Table Of Contents
Käyttäen optista kuitua kvanttiteleportaatioon
Globaali digitaaliviestintä perustuu nopeaan ja tehokkaaseen datan siirtoon valon nopeudella optisten kuitujen monimutkaisen verkon kautta. Tämä on hyväksyttyä klassisen laskennan osalta, joka käyttää binäärimuotoisia 0 ja 1 -merkintöjä.
Kuitenkin, kun kvanttilaskenta tulee yhä lähemmäksi yleisesti käytettävää työkalua salaukseen, tieteelliseen tutkimukseen ja muihin sovelluksiin, kysymys siitä, miten siirtää kvanttitietoja yhdestä kvanttitietokoneesta toiseen, nousee esille.
Pitkään tämä uskottiin olevan lähes mahdotonta. Jokainen kvanttitietokone oli tuomittu toimimaan eristyneesti toisistaan, vähentäen heidän potentiaaliaan.
Niinpä tämä on tärkeä askel, jonka tutkijat Northwestern-yliopistosta, Ciena Corporationista ja NuCrypt LCC:stä ovat keksineet: kvanttitila voidaan säilyttää ja siirtää optisessa kuidussa “normaalin” datavirran rinnalla.
Vaikka se kuulostaa joltain tieteiskuvaelmasta, kvanttiteleportaatio on todellinen ilmiö, jota on tutkittu vuosikymmenien ajan.
Tämä tapahtuu, kun 2 eri hiukkasta “parataan/yhdistetään” toisiinsa, jota kutsutaan kvantti-sideyhteydeksi.
Tässä tapauksessa, kun kaksi hiukkasta on kytketty toisiinsa, riippumatta etäisyydestä niiden välillä, ne vaihtavat tietoja suurten etäisyyksien yli — ilman fyysistä siirtämistä. Joidenkin tapausten mukaan se voi jopa olla mahdollista, että tietojen vaihto tapahtuu nopeammin kuin valon nopeus, mikä on teoreettisesti mahdotonta.
Miten se toimii ja mitä se merkitsee perustavanlaatuisesta todellisuuden kannalta, on edelleen kiivasta keskustelua kvanttifyysikoiden keskuudessa. Kuitenkin tiedämme, että tämä on todellinen ja mitattavissa oleva kvantti-ilmiö, joka voisi mahdollistaa täysin turvallisen ja välittömän viestinnän.
Radikaalisti erilainen viestintä
Neula liikkuva heinäkasassa
Aiemmin oletettiin, että mikään kvanttitila ei voisi siirtyä optisen kuidun kautta, koska jokainen yksittäinen sidottu foton hajoaisi muiden miljardien fotonien sekaan ja menettäisi ainutlaatuisen kvanttitilansa.
“Suorittamalla tuhovoiman mittaamisen kahteen fotoniin — yksi kuljettaa kvanttitilaa ja toinen on sidottu toiseen fotoniin — kvanttitila siirretään jäljelle jäävään fotoniin, joka voi olla hyvin kaukana.
Fotoni itsessään ei tarvitse kulkeutua pitkiä matkoja, mutta sen tila koodataan kaukaisen fotonin päälle. Teleportaatio mahdollistaa tiedon vaihdon suurten etäisyyksien yli ilman sitä, että itse tieto tarvitsee kulkeutua tuon etäisyyden.”
Jordan Thomas – FT Northwestern-yliopistosta.
Avainnäkemys oli tutkia, onko optisessa kuidussa jokin tietty ehto, joka ei häiritse kvantti-sideyttä.
Suorittamalla perusteellisia tutkimuksia siitä, miten valo hajoaa valokuituissa, tutkijat löysivät vähemmän ruuhkaisen aallonpituuden valolle, 1290-nm kvantti-kanavat. Sitten he lisäsivät erityisiä suodattimia vähentämään melua normaalista Internet-liikenteestä.
Tietysti, vaikka tämä kuulostaa helppolta, itse kokeellinen asettelu oli kaikki muu kuin yksinkertainen, ja julkaistu tieteellinen artikkeli antaa meille vilkaisun siitä, miten monimutkainen koko koe todella oli:
Koska optinen kuitu siirtää fotonit pisteestä A pisteeseen B, tiedettiin jo, että ne voivat kuljettaa kvanttitilaa. Mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun on osoitettu, että tämä voidaan tehdä samanaikaisesti, kun siirretään muita ei-kvantti-tietoja.
Tämä tarkoittaa, että erilainen tietojen siirtoprosessi on tapahtumassa, joka perustuu yhteen fotoniin kerrallaan normaalin miljoonien fotonien sijaan.
“Optisessa viestinnässä kaikki signaalit muunnetaan valoksi. Kun perinteiset signaalit klassisen viestinnän osalta koostuvat tyypillisesti miljoonista valon hiukkasista, kvanttitiedot käyttävät yksittäisiä fotonien.”
Pr Prem Kumar – Johtaja Northwestern-yliopiston valokommunikaatio- ja laskennan keskuksessa.
Alkuperäisestä prototyypistä laajempiin tavoitteisiin
Lisää optista kuitua
Ensimmäinen testi suoritettiin 30 km pitkässä (18,6 mailia) optisessa kuidussa, jossa siirrettiin nopeaa Internet-liikennettä.
Seuraava askel tutkijoille on kokeilla paljon pidempiä etäisyyksiä, ja nähdä, kuinka pitkälle he voivat puskea tällä uudella etäviestintätavalla.
Tämä on toistaiseksi tehty laboratoriossa olevalla optisella kuidulla. Toiset kokeet tullaan suorittamaan olemassa olevilla maanalaisilla optisilla kaapeleilla ja katsomaan, miten ne toimivat jo olemassa olevan globaalin Internet-optisen kuidun verkon kanssa.
Laajentamalla kvantti-sovelluksia
Toinen tutkimuksen osa on käyttää kahta sidottua fotonin paria, sen sijaan että yksi pari. Tämä tarkastelisi toista kvantti-ilmiötä, sidottujen fotonien vaihtoa.
Sidottujen fotonien vaihto on protokolla, jolla voidaan siirtää kvantti-side fotonipari toiseen, vaikka toinen fotonipari ei ole koskaan ollut tekemisissä toistensa kanssa.
Tämä on tärkeä työkalu potentiaalisille tuleville kvantti-viestintäsovelluksille, koska se mahdollistaisi jakamat kvantti-sovellukset, kuten kvantti-verkot. Nämä verkot voisivat tukea turvallista kvanttitiedon siirtoa pitkin matkoja.
“Kvanttiteleportaatio voi tarjota kvantti-yhteyden turvallisesti eri paikkoihin. Mutta monet ihmiset ovat pitkään olettaneet, ettei kukaan rakenna erityistä infrastruktuuria lähettämään valon hiukkasia.
Jos valitsemme aallonpituudet oikein, emme tarvitse rakentaa uutta infrastruktuuria. Klassinen viestintä ja kvanttiviestintä voivat coexistaa.”
Pr Prem Kumar – Johtaja Northwestern-yliopiston valokommunikaatio- ja laskennan keskuksessa.
Tämä olisi suuri askel kvantti-kryptografian kehittymisessä, koska sidottujen fotonien vaihtaminen mahdollistaisi turvallisten salausavainien luomisen, jotka olisivat suojattuja salakuuntelulta.
Toinen vaikutus olisi mahdollistaa ultra-pitkän etäisyyden kvanttitilojen siirto, menetelmällä, jota kutsutaan kvantti-toistimiksi. Suorittamalla sidottujen fotonien vaihdon säännöllisesti, se voisi “päivittää” kvanttitilan ja välttää datan menetyksen pitkin matkoja.
Sijoittaminen kvanttilaskentaan
Kvanttilaskenta on edelleen kehittymässä oleva ala, mutta sijoittajat voivat jo pääsyä siihen kautta yrityksiä, jotka kehittävät sitä.
Jos et ole kiinnostunut valitsemaan tiettyjä kvanttilaskentaan liittyviä yrityksiä, voit myös tutustua kvanttilaskentaan liittyviin ETF-rahastoihin, kuten Defiance Quantum ETF (QTUM), joka tarjoaa monipuolisemman altistumisen hyödyntääkseen kvanttilaskennan teollisuutta.
Google on erittäin aktiivinen kvanttilaskennan kehittämisessä, etenkin Google Quantum AI -laboratorion ja Quantum AI -kampuksen kautta Santa Barbarassa.
Google:n kvanttitietokone teki historiaa vuonna 2019, kun se väitti saavuttaneensa “kvantti-ylemmän” aseman Sycamore-koneellaan. Kone suoritti laskelman 200 sekunnissa, mikä olisi kestänyt perinteiselle supertietokoneelle 10 000 vuotta.
Tämä on nyt jäänyt taakse uusimman piirin suorituskyvyn, jota kutsutaan Willowksi. Tämä on ensimmäinen kvanttilaskentaan soveltuva piiri, jonka virheen määrä on tarpeeksi alhainen, jotta sitä voidaan skaalata. Se tekee siitä ensimmäisen skaalautuvan kvanttipiirin.
Mutta ehkä Google:n suurin panos tulee ohjelmistopuolelta, jossa sillä on vaikuttava maine (haku, GSuit, Android jne.).
Jo nyt Google:n Quantum AI tarjoaa sovellusohjelmiston, joka on suunniteltu avustamaan tutkijoita kvantti-algoritmien kehittämisessä.
Se myös avoimesti kannustaa “tutkijoita, insinöörejä ja kehittäjiä liittymään meihin tähän matkaan tarkastelemalla avointa lähdekoodia ja koulutusresursseja, mukaan lukien uuden kurssin Courserassa, jossa kehittäjät voivat oppia kvanttivirheenkorjauksen perusteet ja auttaa meitä luomaan algoritmeja, jotka voivat ratkaista tulevaisuuden ongelmia.”
Kiitos tähän avoimeen lähestymistapaan, Google johtaa sekä laitteistopuolella että pilvipalveluissaan. Google saattaa olla yksi yrityksistä, jotka asettavat kvanttilaskennan ohjelmistojen ja kvantti-ohjelmoinnin standardit, antaen sille etuoikeutetun aseman suunnitella alan tulevaisuuden kehitystä.
Sillä aikaa, kun tekoälyratkaisut, mukaan lukien Waymon itseajava auto, saattavat tulla uudeksi tulonlähteeksi Alphabetille, joka yhä pitää vahvaa asemaa hakujen ja mainonnan aloilla.
Tutkimushankkeen kumppani, joka osoitti kvanttiteleportaation optisessa kuidussa, Ciena Corporation on maailmanlaajuinen johtaja optisissa ja reititysjärjestelmissä, palveluissa ja automaatio-ohjelmistoissa.
Ciena on maailman suurin yritys Kiinan ulkopuolella optisella markkinalla, halliten yli 25% markkinaosuutta. Se on läsnä 70 maassa.
Tämä on johtanut yrityksen käyttämään vahvaa asemaansa optisissa verkkoissa laajentamaan uusiin markkinoihin, jotka liittyvät AI-boomiin, erityisesti monien AI-sovellusten vaatiessa uusia paikallisia datakeskuksia, johtuen lakeja yksityisyyden ja rajat ylittävän datavirran suhteen, sekä hajautettujen datakeskusten syntymistä, jotka vaativat enemmän optista verkkokapasiteettia.
Jos olemassa olevat optiset verkot osoittautuvat soveltuviksi kvanttitiedon siirtämiseen, tämä voisi olla uusi kasvava ala optisen verkkoalan kehittymisessä. Tämä tekisi alan tulevaisuudesta vielä lupaavamman, koska kvanttilaskenta voisi antaa sille valtavan lisäyksen jo räjähtävän AI-sovellusten kysynnän jälkeen.
Tutkimuksen viite:
1. Thomas, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700
Jonathan on entinen biokemian tutkija, joka on työskennellyt geneettisen analyysin ja kliinisten tutkimusten parissa. Hän on nyt osakkeiden analyytikko ja rahoituskirjailija, joka keskittyy innovaatioihin, markkinoiden sykleihin ja geopolitiikkaan julkaisussaan The Eurasian Century.
