Flickr/ .tungl 

Informacje przesyłane światłowodami przemierzają tysiące kilometrów zanim trafią do odbiorcy. Najdłuższym z obecnie działających światłowodów jest SEA-ME-WE 3 o długości 39 000 km, łączący Europę Zachodnią i Bliski Wschód z południowo-wschodnią Azją i Australią.

Wciąż aktualnym problemem w komunikacji światłowodowej jest stosunkowa łatwość przechwycenia lub modyfikacji przekazywanej informacji przed jej dotarciem do nadawcy. Na pomoc przychodzi fizyka kwantowa, a dokładniej mówiąc tzw. kwantowa dystrybucja klucza, która pozwala wykorzystać w komunikacji praktycznie niemożliwy do złamania klucz kryptograficzny. To rozwiązanie posiada jednak ograniczenie istotne ograniczenie zasięgu - obecnie do ok. 200 km.

Aby rozwiązać ten problem należy zastosować specjalne wzmacniacze kwantowe, których budowa stanowi jednak nie lada wyzwanie.

Przyjęli je m.in. naukowcy z Genewy, którzy w ramach projektu QuReP stworzyli pierwszy prototyp wzmacniacza kwantowego na przełomie 2011 i 2012 roku. Działanie takiego urządzenia opiera się na przekazaniu przez foton niosący wiadomość informacji o swoim stanie kwantowym innemu fotonowi. Naukowcy z powodzeniem zaprojektowali wzmacniacz kwantowy dzięki zastosowaniu kryształów o bardzo skomplikowanej budowie, które w swoim składzie zawierają metale ziem rzadkich (np. neodym czy europ). Fotony wpadające do takiego urządzenia pobudzają atomy tych pierwiastków. W wyniku tego zjawiska wybijane są kolejne fotony, które z kolei wysyłane są do kolejnego wzmacniacza lub bezpośrednio do odbiorcy wiadomości. Co ważne nowopowstałe fotony mają takie same stany kwantowe jak padające, co oznacza, że stają się ich kopiami i niosą taką samą wiadomość.

Aktualnym problemem, z którym zmagają się naukowcy z Genewy jest fakt, że zaprojektowany przez nich prototyp musi pracować w ekstremalnie niskiej temperaturze równej 3 K. Z drugiej strony warto nadmienić, że własne pomysły na stworzenie wzmacniacza kwantowego oprócz naukowców pracujących w ramach projektu QuReP posiadają zespoły badawcze m.in. z Australian Centre of Excellence for Quantum Computation & Communication, Uniwersytetu w Toronto, a także z Oxfordu - możemy w przyszłości spodziewać się zatem ciekawego rozwoju w tej dziedzinie.

Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Wzmacniacz kwantowy II. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.

Bibliografia:
SEA-ME-WE 3 (ang.)
Photon heralds entanglement in new quantum repeater (ang.)
QuReP - Quantum Repeaters for Long Distance Fibre-Based Quantum Communication (ang.)
Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics (ang.)
QuReP - ulotka informacyjna (ang.)
Prezentacje projektów - Kryształowe pamięci kwantowe do komunikacji kwantowej