นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดลฟต์ในเนเธอร์แลนด์ได้ดำเนินการขั้นตอนสำคัญสู่อินเทอร์เน็ตควอนตัมโดยการเชื่อมต่อสาม qubits (โหนด) ในห้องปฏิบัติการสองห้องที่แตกต่างกันเข้ากับเครือข่ายควอนตัม เครือข่ายควอนตัมดังกล่าวสามารถใช้สำหรับการสื่อสารที่ปลอดภัย สำหรับวิธีการระบุตัวตนที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น หรือแม้แต่การคำนวณควอนตัมแบบกระจาย
กลุ่มที่นำโดยRonald Hansonไม่ใช่คนแปลกหน้า
ในการตั้งค่าลิงก์ควอนตัม ในปี พ.ศ. 2558 สมาชิกของกลุ่มได้ดำเนินการละเมิดความไม่เท่าเทียมกันของ Bell ที่ปราศจากช่องโหว่ครั้งแรก โดยสามารถเข้าไปพัวพันกับสถานะการหมุนของอิเล็กตรอนสองสถานะในระยะ 1.3 กิโลเมตรในการทดลองที่ในที่สุดก็ปิดฝาข้อพิพาท Einstein-Podolski-Rosen อายุ 80 ปี เกี่ยวกับธรรมชาติของ พัวพัน แม้ว่าการทดสอบแบบสองโหนดนี้แทบจะเรียกได้ว่าเป็นเครือข่าย แต่ก็เป็นการวางพื้นฐานสำหรับงานปัจจุบัน ซึ่งอธิบายไว้ในการพิมพ์ล่วงหน้าบนที่เก็บarXiv
จากอลิซสู่ชาร์ลีเครือข่ายใหม่ประกอบด้วยควอนตัมบิตการสื่อสารสามบิต (qubits) ในรูปแบบของศูนย์ว่างไนโตรเจน (NV) ในเพชร qubits เหล่านี้เป็นที่รู้จักในแบบดั้งเดิมเช่น Alice, Bob และ Charlie และเครือข่ายที่เชื่อมโยงพวกเขามีลักษณะเฉพาะหลายประการ ตัวอย่างเช่น Bob มีความเกี่ยวข้องกับหน่วยความจำ qubit ที่แยกจากกันซึ่งประกอบด้วยการหมุนของนิวเคลียร์ในอะตอมของคาร์บอน -13 ประเด็นสำคัญอีกประการหนึ่งคือระบบสามารถส่งสัญญาณเมื่อมีการพัวพันโดยการตรวจจับโฟตอนที่ใช้ในการสร้างสิ่งกีดขวาง
เครือข่ายควอนตัมทำงานโดยเข้าไปพัวพันกับคิวบิต
การสื่อสารของอลิซและบ๊อบก่อน ที่โหนดของ Bob สถานะที่พันกันจะถูก “โคลน” ไปยังหน่วยความจำ qubit ของ Bob ทำให้ qubit การสื่อสารของ Bob พร้อมสำหรับการดำเนินการต่อไป ขั้นตอนต่อไปคือการตั้งค่าการพัวพันระยะไกลระหว่าง qubits การสื่อสารของ Bob และ Charlie ซึ่งจะสร้างลิงก์สองลิงก์ โดยแต่ละลิงก์มีสถานะพันกันที่ใช้ร่วมกัน: สถานะหนึ่งใช้ร่วมกันระหว่างอลิซกับคิวบิตหน่วยความจำของบ๊อบ และอีกสถานะหนึ่งใช้ร่วมกันระหว่างคิวบิตการสื่อสารของบ็อบและชาร์ลี Bob ซึ่งเป็นโหนดกลาง จากนั้นดำเนินการที่เรียกว่าการวัดสถานะ Bell บนสอง qubits การวัดนี้จะเคลื่อนย้ายสถานะที่เก็บไว้ในหน่วยความจำ qubit ของ Bob ไปยัง Charlie ซึ่งจะทำให้เกิดการพัวพันโดยตรงระหว่าง Alice และ Charlie
เสถียรภาพของเครือข่ายการขยายเครือข่ายควอนตัมจากสองโหนดเป็นสามโหนด และจากสามโหนดเป็นหลายโหนดในเวลาต่อมา ไม่ใช่เรื่องง่ายเพียงแค่การเพิ่มลิงก์เพิ่มเติม งานมีความซับซ้อนโดยข้อเท็จจริงที่ว่าสัญญาณรบกวน (ซึ่งสามารถทำลายข้อมูลควอนตัม) และระดับพลังงานแสงแตกต่างกันอย่างมากในเครือข่าย
ทีม Delft จัดการกับปัญหานี้โดยใช้รูปแบบการรักษาเสถียรภาพสองเท่า องค์ประกอบแรกในท้องถิ่นของโครงการมุ่งเน้นไปที่การรักษาเสถียรภาพของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่ใช้เพื่อสร้างสิ่งกีดขวางระหว่าง qubit การสื่อสารและ qubit “กำลังบิน” ที่แต่ละโหนด ทีมงานทำเช่นนี้โดยการวัดเฟสของแสงที่สะท้อนออกจากพื้นผิวของเพชรในระหว่างกระบวนการพัวพัน และเพิ่มสัญญาณเฟสจางๆ ด้วยลำแสงเลเซอร์ที่แรงกว่า การเลือกโพลาไรเซชันช่วยให้แน่ใจว่าแสงสะท้อนจะไม่ไปถึงเครื่องตรวจจับที่ลงทะเบียนสิ่งกีดขวาง ซึ่งจะสร้างสัญญาณพัวพันที่ผิดพลาด เฟสของแสงที่เพิ่มขึ้นจะถูกวัดด้วยเครื่องตรวจจับเพิ่มเติม และอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์จะเสถียรโดยการป้อนสัญญาณเฟสที่วัดได้กลับไปยังตัวควบคุมเพียโซที่จัดตำแหน่งกระจก
ประการที่สอง ส่วนที่เป็นสากลของการรักษาเสถียรภาพ
นั้นเกี่ยวข้องกับการชี้นำส่วนหนึ่งของแสงเลเซอร์ไปยังอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่แยกจากกันซึ่งใช้เพื่อสร้างการพัวพันระหว่างโหนด การรบกวนจะถูกวัดและสัญญาณที่เชื่อมต่อกับเปลหามไฟเบอร์ในแขนข้างหนึ่งของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ การยืดเส้นใยทำให้สามารถควบคุมเฟสของแสงในแขนนั้นได้และอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์จะเสถียร แผนการรักษาเสถียรภาพในระดับท้องถิ่นและระดับโลกนี้สามารถปรับขนาดเป็นจำนวนโหนดได้ตามอำเภอใจ ทำให้สามารถขยายเครือข่ายได้
กลยุทธ์การขยายตัว
นักวิจัยแนะนำว่าเครือข่ายของพวกเขาสามารถขยายได้โดยการเพิ่มจำนวน qubits ที่โหนดเครือข่ายเดียว คล้ายกับศูนย์ NV เพชร 10 qubitที่กลุ่ม Delft อื่นสร้างขึ้นในปี 2019 พวกเขายังกล่าวด้วยว่าเครือข่ายใหม่มีแพลตฟอร์ม สำหรับการพัฒนาเลเยอร์ควบคุมเครือข่ายควอนตัมระดับสูงซึ่งจะทำให้เครือข่ายเป็นแบบอัตโนมัติได้
ข้อบกพร่องของเพชรสามารถเพิ่มช่วงของการเข้ารหัสควอนตัมได้
Jian-Wei Panผู้เชี่ยวชาญด้านการสื่อสารควอนตัมที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีนซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้ คิดว่าความสำเร็จที่สำคัญอยู่ที่การรับรู้ถึงการสลับพัวพันระหว่างการเชื่อมโยงพื้นฐานสองประการของสสารที่พัวพันจากระยะไกล “กระบวนการดังกล่าวมีความสำคัญในการขยายระยะทางพัวพันผ่านตัวทำซ้ำควอนตัม” นายแพนกล่าว อย่างไรก็ตาม เขาเสริมว่าความเที่ยงตรงของการพัวพันเบื้องต้น การทำงานของเกต และการจัดเก็บ ซึ่งร่วมกันกำหนดความสามารถในการปรับขนาดของแนวทางของกลุ่ม จะต้องได้รับการปรับปรุงก่อนที่จะสร้างเครือข่ายขนาดใหญ่ขึ้น
Anders Sørensenจากสถาบัน Niels Bohr ในเดนมาร์กคิดว่านี่เป็นก้าวสำคัญในการแสวงหาอินเทอร์เน็ตควอนตัม “นี่เป็นครั้งแรกที่ทุกคนสามารถเชื่อมต่อโหนดการประมวลผลได้มากกว่าสองโหนด” Sørensen ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของทีม Delft กล่าว “ในขณะเดียวกัน พวกเขาสาธิตโปรโตคอลบางอย่าง เช่น การแลกเปลี่ยนสิ่งกีดขวาง ซึ่งเราเชื่อว่าจะมีบทบาทสำคัญในเครือข่ายควอนตัมเต็มรูปแบบ” ในขณะที่ “ความท้าทายที่น่ากลัว” ยังคงอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงการขยายเครือข่ายในระยะทางที่ไกลกว่า Sørensen สรุปว่า “นี่เป็นความท้าทายที่พวกเขาอยู่ในตำแหน่งที่ดีที่จะรับมือ”
Credit : lameworldofkopa.net macguinnesswinemerchants.com malusimperium.org
