Quantum Teleportation – Katotohanan o Katha?

Using Optical Fiber For Quantum Teleportation

Global digital communication relies on the quick and efficient transfer of data at the speed of light through a complex network of optical fibers. This is acceptable for classical computing, which uses binary strings of 0 and 1.

Gayunpaman, habang ang quantum computing ay lalong lumalapit sa pagiging karaniwang gamit para sa encryption, pananaliksik pang-agham, at iba pang aplikasyon, lumilitaw ang tanong kung paano ililipat ang quantum data mula sa isang quantum computer patungo sa isa pa.

Sa mahabang panahon, pinaniniwalaang halos imposibleng gawin ito. Ang bawat quantum computer ay nakatakdang magtrabaho nang mag-isa, na naglilimita sa kanilang potensyal.

Ang problemang ito ay mabilis na nagiging mahalagang suliranin na dapat lutasin ng industriya ng teknolohiya, lalo na ngayon na kamakailan lamang inilunsad ang mga bagong scalable na disenyo ng quantum chips.

Kaya’t ito ay isang mahalagang hakbang na natuklasan ng mga mananaliksik sa Northwestern University, Ciena Corporation (CIEN ), at NuCrypt LCC: ang quantum state ay maaaring mapanatili at mailipat sa optical fiber kasabay ng isang “normal” na data stream.

Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa Optica, na may pamagat na “Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber¹”.

Quantum Teleportation

Bagaman tunog ito na parang isang mapanlikhang konsepto mula sa isang science-fiction na pelikula, ang quantum teleportation ay tunay na phenomenon na pinag-aaralan sa loob ng mga dekada.

Nangyayari ito kapag ang 2 magkaibang particle ay “pinag-isa/pinag-bond” nang magkasama, isang tinatawag na quantum entanglement.

Sa kasong ito, kapag ang dalawang particle ay nag-uugnay, anuman ang distansya sa pagitan nila, nagpapalitan sila ng impormasyon sa malalayong distansya — nang hindi ito pisikal na dinadala. Sa ilang pagkakataon, maaaring mangyari na ang palitan ng impormasyon ay mas mabilis pa kaysa sa bilis ng liwanag, isang bagay na teoritikal na imposible.

Ang kung paano ito gumagana at kung ano ang ibig sabihin nito para sa pundamental na aspeto ng ating realidad ay patuloy na mainit na pinagtatalunan ng mga quantum physicist. Gayunpaman, alam natin na ito ay isang napaka-tunay at nasusukat na quantum effect, na maaaring magbigay ng perpektong ligtas at agarang komunikasyon.

Radically Different Communications

A Needle In A Moving Haystack

Hanggang ngayon, inakala na walang quantum state ang maaaring ilipat sa pamamagitan ng optical fiber, dahil anumang indibidwal na entangled photon ay masasama sa iba pang bilyong photon na naglalakbay kasama nito at mawawala ang natatanging quantum state nito.

“Sa pamamagitan ng pagsasagawa ng isang destructive measurement sa dalawang photon — isa na nagdadala ng quantum state at isa na entangled sa isa pang photon — ang quantum state ay naililipat sa natitirang photon, na maaaring napakalayo.

Ang photon mismo ay hindi kailangang ipadala sa mahabang distansya, ngunit ang estado nito ay nauukit pa rin sa malayong photon. Ang teleportation ay nagpapahintulot ng palitan ng impormasyon sa malalayong distansya nang hindi kinakailangang maglakbay ang mismong impormasyon.”

Jordan Thomas – Ph.D. sa Northwestern University.

Ang pangunahing pananaw ay sukatin kung mayroong partikular na kondisyon sa optic fiber na hindi makakasira sa quantum entanglement.

Matapos magsagawa ng masusing pag-aaral kung paano kumakalat ang liwanag sa loob ng mga fiber optic cable, natuklasan ng mga mananaliksik ang isang hindi gaanong mataong wavelength ng liwanag para ilagay ang kanilang mga photon, ang 1290-nm na quantum channels. Pagkatapos, nagdagdag sila ng mga espesyal na filter upang mabawasan ang ingay mula sa karaniwang trapiko ng Internet.

Siyempre, bagaman mukhang madali ito, ang aktwal na eksperimental na setup ay hindi simple, at ang inilathalang siyentipikong papel ay nagbigay sa atin ng sulyap kung gaano kahirap ang buong eksperimento:

Pinagmulan: Optica

New Telecommunications

Habang ang optical fiber ay naglilipat ng mga photon mula punto A papunta punto B, alam na noon na maaari nilang dalhin ang isang quantum state. Ngunit ito ang unang pagkakataon na napakita na maaaring mangyari ito kasabay ng paglilipat ng iba pang non-quantum na data.

Ibig sabihin nito ay isang napakaibang proseso ng paglilipat ng impormasyon ang nagaganap, na umaasa sa iisang photon bawat pagkakataon sa halip na karaniwang milyong photon.

“Sa optical communications, lahat ng signal ay kinokonvert sa liwanag. Habang ang tradisyonal na signal para sa klasikong komunikasyon ay karaniwang binubuo ng milyong particle ng liwanag, ang quantum information ay gumagamit ng iisang photon.”
Pr Prem Kumar – Director ng Center for Photonic Communication and Computing sa Northwestern University

From Initial Prototype To Larger Ambitions

More Optical Fiber

Ang unang pagsubok ay isinagawa sa isang 30km (18.6 milya) na mahabang optical fiber, na may high-speed na trapiko ng Internet na dumadaan.

Ang susunod na hakbang para sa mga mananaliksik ay subukan ang mas mahabang distansya, upang makita kung gaano kalayo nila maaaring itulak ang bagong metodong ito ng malayuang komunikasyon.

Sa ngayon, ito ay isinagawa lamang gamit ang laboratoryo na optical fiber. Ang isa pang hanay ng mga pagsubok ay susubukan ang mga optical cable sa totoong mundo na nakabaon sa lupa at titingnan kung gaano ito kahusay na gumagana kasama ang umiiral nang pandaigdigang network ng Internet optical fiber.

Expanding Quantum Applications

Isa pang bahagi ng patuloy na pagsisiyasat ay ang paggamit ng dalawang pares ng entangled photons, sa halip na isang pares. Susuriin nito kung ano ang nangyayari sa isa pang quantum phenomenon na tinatawag na entanglement swapping.

Ang entanglement swapping ay isang protocol upang ilipat ang quantum entanglement mula sa isang pares ng particle patungo sa isa pa, kahit na ang ikalawang pares ng particle ay hindi kailanman nag-ugnayan.

Ito ay isang mahalagang karagdagang kasangkapan para sa potensyal na hinaharap na quantum telecommunications dahil magdudulot ito ng distributed na quantum applications tulad ng quantum networks. Ang mga network na ito ay maaaring suportahan ang ligtas na paglilipat ng quantum information sa mahabang ruta.

“Ang quantum teleportation ay may kakayahang magbigay ng quantum connectivity nang ligtas sa pagitan ng mga node na magkalayo. Ngunit maraming tao ang matagal nang inakala na walang magtatayo ng espesyal na imprastruktura para magpadala ng mga particle ng liwanag.

Kung tama ang pagpili ng mga wavelength, hindi na kailangang magtayo ng bagong imprastruktura. Maaaring magsabay ang klasikong komunikasyon at quantum communication.”
Pr Prem Kumar – Director ng Center for Photonic Communication and Computing sa Northwestern University

Ito ay magiging malaking hakbang sa quantum-powered encryption, dahil sa pamamagitan ng paggamit ng swapped entanglements sa pagitan ng mga pares ng particle, posible na lumikha ng secure encryption keys na dapat protektado laban sa eavesdropping.

Isa pang epekto ay ang pagpapahintulot ng ultra-long distance transfer ng quantum states, sa pamamagitan ng isang metodong tinatawag na quantum repeaters. Sa regular na pagsasagawa ng entanglement swapping, maaaring “i-refresh” ang quantum state at maiwasan ang anumang pagkawala ng data sa mahabang distansya.

Investing In Quantum Computing

Ang quantum computing ay patuloy na umuusbong, ngunit maaaring na ngayong mamuhunan ang mga investor sa pamamagitan ng mga kumpanyang nagde-develop nito.

Maaari kang mamuhunan sa mga kumpanyang may kaugnayan sa quantum sa pamamagitan ng maraming broker, at dito, sa securities.io, matatagpuan mo ang aming mga rekomendasyon para sa pinakamahusay na mga broker sa USA, Canada, Australia, UK, pati na rin sa maraming ibang bansa.

Kung hindi ka interesado sa pagpili ng partikular na mga kumpanya ng quantum computing, maaari mo ring tingnan ang mga quantum computing ETF tulad ng Defiance Quantum ETF (QTUM), na magbibigay ng mas diversified na exposure upang makinabang sa industriya ng quantum computing.

Maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa quantum computing sa “The Current State of Quantum Computing ” at ang pinakamalalaking kumpanya sa sektor sa “5 Best Quantum Computing Companies” at “Top 10 Non-Silicon Computing Companies”.

Kumpanya ng Quantum Computing

1. Alphabet Inc.

Ang Google ay napaka-aktibo sa quantum computing, karamihan sa pamamagitan ng Google Quantum AI lab at Quantum AI campus sa Santa Barbara.

Nagawa ng quantum computer ng Google ang kasaysayan noong 2019 nang ito ay nag-angkin na nakamit ang “quantum supremacy” gamit ang Sycamore machine. Ang makina ay nagsagawa ng kalkulasyon sa loob ng 200 segundo na aabutin ng isang tradisyonal na supercomputer ng 10,000 taon.

Ngunit ito ay naluluma na kumpara sa pagganap ng pinakabagong chip nito, na tinatawag na Willow. Ito ang kauna-unahang quantum computing chip na may napakababang error rate, kung saan mas maraming qubits ang idaragdag, mas kaunti ang error. Ginagawa nitong kauna-unahang scalable na disenyo ng quantum chip.

Ngunit marahil ang pinakamalaking ambag ng Google ay sa software, isang aktibidad kung saan mayroon itong kahanga-hangang track record, na mas mahusay pa kaysa sa hardware (search, G Suite, Android, atbp.).

Sa kasalukuyan, ang Quantum AI ng Google ay nag-aalok ng isang suite ng software na dinisenyo upang tulungan ang mga siyentipiko sa pagbuo ng quantum algorithms.

Bukod dito, hayagang hinihikayat nito ang “mga mananaliksik, inhinyero, at developer na sumali sa amin sa paglalakbay na ito sa pamamagitan ng pagtingin sa aming open source software at mga mapagkukunan pang-edukasyon, kabilang ang aming bagong kurso sa Coursera, kung saan maaaring matutunan ng mga developer ang mga pangunahing kaalaman ng quantum error correction at tulungan kaming lumikha ng mga algorithm na makakalahad ng mga problema ng hinaharap.”

Dahil sa bukas na pamamaraang ito, nangunguna na ngayon ang Google sa hardware pati na rin sa mga cloud solution nito. Maaaring isa ang Google sa mga kumpanyang nagtatakda ng pamantayan ng quantum computing software at quantum programming, na nagbibigay dito ng pribilehiyong posisyon upang gabayan ang hinaharap na pag-unlad ng larangan.

Samantala, ang mga solusyon ng AI, kabilang ang self-driving car ng Waymo, ay maaaring maging bagong pinagmumulan ng kita para sa Alphabet (GOOG ), na patuloy na may napakalaking dominasyon sa industriya ng paghahanap at advertising.

Maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa mga hindi quantum na gawain ng Google, lalo na sa ads at AI, sa aming dedikadong ulat mula Disyembre 2024.

2. Ciena Corporation

Ang isang kasosyo ay ang proyektong pananaliksik na nagpakita ng quantum teleportation sa optical fiber, ang Ciena Corporation ay isang pandaigdigang lider sa mga optical at routing system, serbisyo, at automation software.

Ang Ciena ay malayo ang pinakamalaking kumpanya sa buong mundo, maliban sa China, sa optical market, na kumokontrol ng higit sa 25% ng merkado. Ito ay naroroon sa 70 bansa.

Pinagmulan: Ciena Corporation

Nakikita ng kumpanya na ang pangangailangan para sa bandwidth ay sumasabog sa susunod na 4 na taon, na pinapalakas ng pangangailangan mula sa mga AI application.

Pinagmulan: Ciena Corporation

Ito ay nagtulak sa kumpanya na gamitin ang matibay nitong posisyon sa optical networks upang palawakin sa mga bagong merkado na may kaugnayan sa AI boom, partikular dahil sa maraming AI application na nangangailangan ng mga bagong localized data center, dahil sa mga batas tungkol sa privacy at cross-border data flow, pati na rin ang pag-usbong ng mga disaggregated data center, na nangangailangan ng mas maraming kapasidad ng optical network.

Pinagmulan: Ciena Corporation

Kung ang umiiral na mga network ng optical fiber ay mapatunayan na magagamit para sa paglilipat ng quantum data, maaaring magpatunay ito ng isang bagong umuunlad na sektor para sa industriya ng optical network. Gagawin nitong mas maganda ang hinaharap ng sektor, dahil ang quantum computing ay maaaring magbigay ng malaking tulak matapos ang kasalukuyang sumasabog na pangangailangan mula sa mga AI application.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{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}