Computing
Hinaharap ng Quantum Communication: Paliwanag sa Single Photon Teleportation
Ano ang Quantum Teleportation at Paano Ito Gumagana?
Habang tunog ito na parang isang mapanlikhang konsepto mula sa pelikulang siyensiyang pantasya, ang quantum teleportation ay isang tunay na penomena na pinag-aaralan nang ilang dekada.
Nangyayari ito kapag ang 2 magkaibang particle ay “pinag-ugnay/pinag-isa” nang magkasama, isang tinatawag na quantum entanglement.
Sa kasong ito, kapag ang dalawang particle ay nagkakabit, anuman ang distansya sa pagitan nila, nagpapalitan sila ng impormasyon sa malalayong distansya, nang hindi ito pisikal na dinadala. Sa ilang pagkakataon, tila nangyayari ang palitan ng impormasyon nang mas mabilis kaysa sa bilis ng liwanag, isang bagay na teoritikal na imposible.
Ang kung paano ito gumagana at kung ano ang kahulugan 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 tunay at nasusukat na quantum effect, na maaaring magbigay-daan sa perpektong ligtas at agarang komunikasyon.
Kasalukuyang Kalagayan ng Teknolohiyang Quantum Teleportation
Mga Breakthrough na Nagpapahintulot ng Praktikal na Paglipat ng Quantum Data
Kamakailan ay nagkaroon ng pag-unlad upang magamit ang quantum entanglement at teleportation bilang praktikal na paraan ng paglilipat ng data.
Isang pag-unlad ay ang pagtuklas na ang karaniwang optical fiber network ay maaaring magamit para sa gawain, kahit na ito ay halo sa karaniwang trapiko ng Internet. Binubuksan nito ang posibilidad ng praktikal na quantum telecommunication nang hindi na kailangang magtayo ng dedikadong paralel na network sa kasalukuyang ginagamit.
Isa pang pag-unlad ay ang posibilidad na pag-ugnayin ang mga quantum computer. Gumamit ang mga mananaliksik mula sa Oxford ng optical fibers upang pagdugtungin ang mga qubit at mapag-ugnay ang mga ito, gamit ang mga photon (mga particle ng liwanag). Maaaring magbukas ito ng daan para sa modular na quantum computers, kung saan ang bawat subunit ay magkakaugnay.
Mga Limitasyon at Hamon ng Quantum Teleportation
Karamihan sa mga quantum teleportation device na kasalukuyang kinokonsidera ay uri ng “linear”, kung saan ang mga photon ay direktang inililipat mula punto A patungong Punto B.
Madalas itong nagiging problema, dahil ang ganitong uri ng paglilipat ng photon ay likas na nagdadagdag ng ingay sa signal, na maaaring magpabigo sa telecommunication, o kahit na maging hindi gaanong epektibo.
Isa pang isyu ay ang karamihan sa mga pinagmumulan ng photon ay hindi nagpo-produce ng isang pares ng photon, na nagpapahirap matukoy ang entanglement.
Paano Maaaring Baguhin ng Nonlinear Optics ang Quantum Communications
Maaaring nakalikha ang isang pangkat ng mga mananaliksik sa University of Illinois ng bagong pinagmumulan ng photon na magpapabago nang malaki sa pagganap ng komunikasyon batay sa quantum teleportation.
Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa Physical Review Letters1, sa pamagat na “Tapat na Quantum Teleportation Gamit ang Nanophotonic Nonlinear Bell State Analyzer”.
Ang pangunahing ideya ay ang teknik na ito ay tumutulong na bawasan ang problema ng maramihang paglabas ng photon, na ginagawang mas mapagkakatiwalaan ang teknik dahil sa mga batayang prinsipyo ng nonlinear optics.
Pag-unawa sa Nonlinear Optics sa Quantum Technology
Ang linear optics ay ang karaniwang agham ng optika na itinuturo sa paaralan, kung saan ang liwanag ay direktang nakikipag-ugnayan sa isang prism, halimbawa.
Sa non-linear optics, ang reaksyon ng medium kung saan dumadaan ang liwanag ay nakadepende sa wavelength, intensity, direksyon, at polarization ng liwanag.
“Ang ingay ng multiphoton ay nangyayari sa lahat ng realistic na pinagmumulan ng entanglement, at ito ay isang seryosong problema para sa mga quantum network.
Ang kagandahan ng nonlinear optics ay maaari nitong mabawasan ang epekto ng multiphoton noise dahil sa batayang pisika, na ginagawang posible ang paggamit ng hindi perpektong mga pinagmumulan ng entanglement.
Ang mga nonlinear optical component ay nagiging sanhi ng pagsasama ng mga photon na may iba’t ibang frequency upang lumikha ng mga bagong photon sa bagong frequency. Sa partikular na kasong ito, ginamit ang “sum frequency generation” (SFG).
Pinagmulan: EKSPLA
Pagsasama ng Photon sa Pamamagitan ng Sum Frequency Generation (SFG)
Dahil sa pagsasama ng mga photon na nagaganap sa panahon ng SFG, tanging ang mga tiyak na frequency ng mga photon na ito lamang ang maaaring magamit, na lubos na nagbabawas ng ingay mula sa maramihang photon kung linear optics ang gagamitin.
Pinagmulan: SciTechDaily
Hindi ito bagong ideya, ngunit ang problema hanggang ngayon ay ang paggawa ng SFG ay napakahirap kaya hindi kailanman nagkaroon ng sapat na photon upang maging praktikal na paraan ng paglilipat ng impormasyon.
“Alam na ng mga mananaliksik ito ng matagal na panahon, ngunit hindi ito ganap na nasuri dahil sa mababang posibilidad ng matagumpay na SFG.
Noong nakaraan, ang pinakamagaling na naabot ay 1 sa 100 milyong. Ang aming tagumpay ay ang pagkamit ng 10,000 na pagtaas sa conversion efficiency hanggang 1 sa 10,000 gamit ang isang nanophotonic platform.
Kejie Fang – associate professor ng electrical at computer engineering
Mga Bagong Materyales na Ginagawang Posible ang Nonlinear Quantum Optics
Ang 10,000x na pagtaas na ito sa kahusayan ay biglaang ginagawang praktikal ang non-linear optics bilang opsyon upang lumikha ng mga photon na gagamitin sa paglilipat ng data sa pamamagitan ng pagsukat ng kanilang entanglement.
Naabot ito dahil sa isang indium-gallium-phosphoryl na materyal na binuo ng mga mananaliksik.
“Ang aming nonlinear system ay naglilipat ng quantum information na may 94% fidelity, kumpara sa teoretikal na limit na 33% sa mga sistemang gumagamit ng linear optical components,”
Kejie Fang – associate professor ng electrical at computer engineering
Ano ang Susunod para sa Quantum Teleportation at Networking?
Sa ngayon, ito ay isang napaka-teoretikal na pag-unlad, sa kahulugan na ganap nitong binabago kung paano kailangang bumuo ng mga quantum telecommunication system ang mga mananaliksik sa hinaharap, dahil sa kasalukuyan lahat ng quantum networking protocol (kasama ang quantum teleportation at entanglement swapping) ay gumagamit ng linear-optical na disenyo.
Kapag pinagsama sa pag-unlad sa paglilipat ng mga entangled photon sa karaniwang optical fiber network, maaaring ganap na baguhin nito ang pagiging maaasahan at kahusayan ng metodong ito ng telecommunication, na magdadala ng magkakaugnay na quantum computer na mas malapit kaysa sa dati inakala.
Pamumuhunan sa Trapped-Ion Quantum Computing
Habang ang mga pag-unlad sa quantum communication ay nagiging mas praktikal, ang mga kumpanya tulad ng IonQ (IONQ ) ay nag-aayos ng kanilang posisyon upang i-komersyalisa ang teknolohiya.
Ang IonQ ay isang kumpanya ng quantum computing na gumagamit ng trapped-ion technology, na itinatag ng mga nangungunang siyentipiko sa larangan mula sa University of Maryland at Duke University. Ito ay naging pampublikong nakalista sa NYSE noong 2021.
(IONQ )
Ang mga platform ng IonQ quantum computing ay kayang mag-produce ng 99.9% fidelity na resulta. Sa kasalukuyan ito ay gumagamit ng 64-barium ion chain, na nagpo-produce ng 36-algorithmic qubit (AQ). Ang organisasyon ng chain ay nagbibigay-daan sa mas mabilis na pag-compute kumpara sa ibang trapped-ion na disenyo nang hindi nawawalan ng fidelity.
Pinagmulan: IonQ
Inakusahan ng IonQ ang Qubitekk noong Enero 2025, na nagdagdag sa operasyon nito ng koponan ng kumpanya at 118 na patente sa IonQ. Ang espesyalisasyon ng Qubitekk ay nasa quantum networks, gamit ang photonic interconnects, na nagbibigay-daan sa quantum clusters, at nagpapaunlad ng kakayahan ng quantum internet.
Quantum networks dapat magbigay-daan sa napakataas na seguridad ng komunikasyon at sa huli ay magpayag ng distributed quantum computing. Dahil sa bilis ng pag-usad ng larangan, ang kadalubhasaan at mga IP sa paksa na ito ay maaaring maging mahalaga para sa hinaharap ng IonQ.
Ang IonQ ay nagde-develop din ng pakikipagtulungan sa NKT Photonics (NKT.CO) upang makatulong sa pagbuo ng mga quantum computer na handa para sa mga data center sa hinaharap.
Nakikipagtulungan din ito sa Imec sa photonic integrated circuits at chip-scale ion trap technology upang palakihin ang bilang ng qubit ng kumpanya, laki ng sistema, at gastos.
Sa halip na bumuo ng sarili nitong SDK (Software Development Kit), sinusuportahan ng kumpanya ang lahat ng pangunahing SDK nang sabay-sabay, at nakikipagtulungan sa maraming nangungunang kumpanya para sa pagbuo ng mga bagong aplikasyon ng quantum computing.
Pinagmulan: IonQ
Kasama ang kakumpitensya nitong Quantinuum, bahagi ng Honeywell (HON ), mas malapit na ang IonQ sa pag-develop ng komersyal na quantum computers, na nakatuon sa mataas na fidelity, mas mababang bilang ng qubit na trapped-ion system.
Ang IonQ ay pinakamalapit na purong quantum computing stock para sa mga mamumuhunan na hindi gaanong interesado sa mga aktibidad ng ibang lider tulad ng Google, Intel, IBM, o Honeywell.
Ang maagang tagumpay nito ay nakatulong na bumuo ng matibay na network ng mga pakikipagtulungan sa iba pang mga innovator ng quantum computing upang itulak ang teknolohiyang ito pasulong, na may kamakailang muling pagtuon sa mga networked quantum computer.
Habang ang quantum entanglement telecom ay nagiging mas mapagkakatiwalaan, ang kombinasyon ng maraming high-reliability na trapped-ion quantum computers ay maaaring maging matibay na opsyon para sa unang komersyal na aplikasyon ng teknolohiyang ito.
Balita sa Stock ng IonQ at Pinakabagong Pag-unlad
Reference ng Pag-aaral:
1. Joshua Akin, Yunlei Zhao, Paul G. Kwiat, Elizabeth A. Goldschmidt, and Kejie Fang.(2025) Tapat na Quantum Teleportation Gamit ang Nanophotonic Nonlinear Bell State Analyzer. Physical Review Letters134, 160802 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.160802
