A kvantumpontok: apró információs platformok
Jelentős, hogy először sikerült két különböző kvantumpontból származó fotonok között kvantuminformációt átvinni. Az adatátvitel mindenhol – akár egy chatüzenet, akár videóstream esetén – nullákra és egyesekre épül. A kvantumkommunikáció ezt a logikát követi, de itt az adatokat egyedi fotonok viszik, ahol a nullát vagy az egyest a foton polarizációs iránya (például vízszintes, függőleges vagy ezek kombinációja) határozza meg. A legfontosabb: kvantummechanikai tulajdonságaik miatt ezeket a fotonokat nem lehet lehallgatni anélkül, hogy ez nyomot ne hagyna – vagyis a lehallgatási kísérlet rögtön kiderülne.
Mesterséges intelligencia és új kiberfenyegetések
Mindez azonban még csak a kezdet, hiszen a digitális élet folyamatosan fenyegetett: kiberbűnözők képesek bankszámlákat feltörni, személyes adatokat ellopni – erre pedig a MI egyre fejlettebb trükkökkel teremt lehetőséget. A kvantumkriptográfia újfajta biztonsági hálót kínál, hiszen a kvantumtörvényeknek köszönhetően minden kommunikáció lehallgatásbiztos lehet, azonban a gyakorlati kivitelezés eddig komoly műszaki akadályokba ütközött.
A kvantumismétlők és a távolsági kvantumhálózatok
Egy megvalósítható kvantumhálózatnak azonban kompatibilisnek kell lennie a ma használt optikai hálózatokkal. Bár a meglévő üvegkábelek olcsóak és elterjedtek, a fény bennük csak korlátozott távolságra képes információt hordozni. A hagyományos átvitelben 50 kilométerenként optikai erősítőkkel frissítik a jelet, de a kvantuminformáció nem erősíthető vagy másolható, így más megoldásra van szükség. Ezt hivatott megoldani a kvantumismétlők rendszere: ezek közbenső csomópontként újraélesztenék a kvantumjeleket, így biztosítva a nagy távolságú adatátvitelt.
A kvantumfrekvencia-átalakítók jelentősége
A fotonokat egymáshoz több tulajdonság – például időzítés vagy hullámhossz – alapján kell tökéletesen összehangolni, ami külön fotonforrásoknál technológiai kihívás. Most viszont sikerült félvezető szigeteken (kvantumpontokon) jól definiált energiájú, majdnem azonos tulajdonságú fotonokat generálni. Ennek kulcsa a Leibniz Intézet fejlesztése, ahol különálló kvantumpontokat szinte teljesen azonosra tudnak hangolni – így elérhetővé vált két különböző forrású foton szinkronizált kibocsátása. A Saarlandi Egyetem csapata pedig kvantumfrekvencia-átalakítót tervezett, amellyel akár kisméretű frekvenciaeltérések is kiegyenlíthetők.
Az információ tényleges teleportálása
A stuttgarti kutatócsoport megmutatta, hogyan lehet egy kvantumpont fotonjának polarizációját teleportálni egy másik kvantumpont fotonjába. Az egyik kvantumpont egyetlen fotont bocsát ki, a másik pedig egy összefonódott fotonpárt. Az összefonódott pár egyik tagja elindul az első kvantumpont irányába, ahol kölcsönhatásba lép annak fotonjával. Ennek eredményeként az eredeti információ átkerül az összefonódott foton távoli párjához – így történik maga a kvantumteleportáció.
Továbblépés: nagyobb távolságok, jobb hatékonyság
A mostani sikerrel 10 méteres optikai szálon belül sikerült megvalósítani az információátvitelt, ám már most zajlanak próbák több tíz kilométeres távolságokra is. Fontos mérföldkő, hogy a kvantumösszefonódás már bizonyítottan 36 kilométeres városi távolságban sem bomlik fel. A következő kihívás a teleportáció sikerességének (jelenleg 70% feletti) további növelése, amelyhez a félvezető-gyártási eljárásokat kell még tökéletesíteni.
Országos összefogás a kvantumismétlőkért
Németországban a BMFTR támogatásával jelenleg 42 intézmény – egyetemek, kutatóintézetek és ipari partnerek – dolgozik együtt a QR.N konzorciumban, hogy mindez gyakorlati formát ölthessen. A Saarlandi Egyetem koordinálásával folyó program 2021–2024 között megalapozta egy országos kvantumismétlő-rendszer műszaki alapjait, melyben a stuttgarti IHFG meghatározó szerepet játszik. Az új eredmények már a gyakorlati alkalmazás első lépéseit is megmutatják – évek kutatómunkájának eredményeként létrejött az első, különálló kvantumpontok közötti információteleportáció.
