Δημιουργήθηκε το πρώτο κβαντικό δίκτυο πολλαπλών κόμβων. Researchers establish the first entanglement-based quantum network

Ολλανδοί ερευνητές ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν το πρώτο κβαντικό δίκτυο πολλαπλών κόμβων, το οποίο συνδέει τρεις κβαντικούς επεξεργαστές μεταξύ τους. Πρόκειται για ένα σημαντικό ορόσημο στον δρόμο προς την υλοποίηση του κβαντικού διαδικτύου στο όχι πολύ μακρινό μέλλον. A team of researchers from QuTech in the Netherlands reports realization of the first multi-node quantum network, connecting three quantum processors. In addition, they achieved a proof-of-principle demonstration of key quantum network protocols. Their findings mark an important milestone towards the future quantum internet and have now been published in Science. Co-authors Matteo Pompili (left) and Sophie Hermans (right), both PhD student in the group of Ronald Hanson, at one of the quantum network nodes. Credit: QuTech

Οι ερευνητές της κοινοπραξίας QuTech και του Πολυτεχνείου του Ντελφτ, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science», σκοπεύουν -σταδιακά- να προσθέσουν περισσότερα κβαντικά bits στο δίκτυό τους, καθώς και υψηλότερου επιπέδου «στρώματα» υλικού (hardware) και λογισμικού (software).

Ερευνητές σε πολλά εργαστήρια ανά τον κόσμο εργάζονται για τη δημιουργία ενός κβαντικού διαδικτύου που θα μπορεί να συνδέει δύο οποιεσδήποτε κβαντικές συσκευές, όπως υπολογιστές ή αισθητήρες, σε μεγάλες αποστάσεις. Ενώ το σημερινό ίντερνετ μεταφέρει πληροφορίες σε μορφή bits που μπορεί να είναι είτε 0 είτε 1, ένα μελλοντικό κβαντικό ίντερνετ θα χρησιμοποιεί κβαντικά bits που θα είναι ταυτόχρονα 0 και 1, κάτι που θα τους προσδίδει τρομερά μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ σε σχέση με σήμερα.

«Ένα κβαντικό δίκτυο θα ανοίξει μία γκάμα νέων εφαρμογών, από επικοινωνίες και υπολογιστικό «νέφος» απαραβίαστα από χάκερ μέχρι την πλήρη προστασία της ιδιωτικότητας των χρηστών και την υψηλότατης ακρίβειας τήρηση του χρόνου. Και -όπως με το ίντερνετ πριν 40 χρόνια- θα υπάρξουν πιθανότατα πολλές εφαρμογές που σήμερα δεν μπορούμε να προβλέψουμε», δήλωσε ο ερευνητής Ματέο Πομπίλι.

Τα πρώτα βήματα για ένα κβαντικό ίντερνετ έγιναν την προηγούμενη δεκαετία με τη σύνδεση δύο κβαντικών συσκευών μέσω μίας άμεσης φυσικής σύνδεσης. Όμως, είναι ζωτικό να καταστεί εφικτή η μεταφορά κβαντικών πληροφοριών μέσω ενδιάμεσων κόμβων, ανάλογων των «ρούτερ» του κλασσικού διαδικτύου.

Researchers work on one of the quantum network nodes, where mirrors and filters guide the laser beams to the diamond chip. Credit: QuTech

Επιπλέον, αρκετές -πολλά υποσχόμενες- εφαρμογές του κβαντικού διαδικτύου εξαρτώνται από το φαινόμενο της κβαντικής διεμπλοκής και τη μεταφορά κβαντικά «διαπλεκόμενων» bits ανάμεσα σε πολλαπλούς κόμβους. Οι Ολλανδοί ερευνητές είναι οι πρώτοι διεθνώς που συνέδεσαν δύο κβαντικούς επεξεργαστές, όχι άμεσα μεταξύ τους, αλλά μέσω ενός ενδιάμεσου κόμβου, πετυχαίνοντας παράλληλα κβαντική διεμπλοκή ανάμεσα σε πολλαπλούς μεμονωμένους κβαντικούς επεξεργαστές.

Το ολλανδικό -ακόμη στοιχειώδες- κβαντικό δίκτυο αποτελείται από τρεις κβαντικούς κόμβους που βρίσκονται σε κάποια απόσταση μεταξύ τους μέσα στο ίδιο κτίριο. Ο μεσαίος κόμβος έχει φυσική διασύνδεση με τους άλλους δύο κόμβους.

The QuTech research group of Ronald Hanson, has built and demonstrated the first entanglement-based network connecting multiple quantum processors! This quantum network is composed of three independent nodes, called Alice, Bob and Charlie, based on diamond nitrogen-vacancy centres. The researchers achieved proof-of-principle demonstration of two key quantum network protocols: genuine multipartite entanglement distribution across all the nodes and any-to-any connectivity via entanglement swapping: Alice and Charlie are connected via quantum entanglement even without a direct physical link. This capability will be fundamental to build the future quantum internet ‼ Credit: QuTech

«Το μελλοντικό κβαντικό διαδίκτυο θα αποτελείται από αμέτρητες κβαντικές συσκευές και ενδιάμεσους κόμβους», ανέφερε ο επικεφαλής ερευνητής Ρόναλντ Χάνσον. Η πρώτη δοκιμή του ολλανδικού κβαντικού δικτύου εκτός εργαστηρίου, σε υπάρχοντα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα, προγραμματίζεται να έχει υλοποιηθεί έως το τέλος του 2022.

Πηγές: “Realization of a multinode quantum network of remote solid-state qubits” M. Pompili, S. L. N. Hermans, S. Baier, H. K. C. Beukers, P. C. Humphreys, R. N. Schouten,R. F. L. Vermeulen, M. J. Tiggelman, L. dos Santos Martins, B. Dirkse, S. Wehner, R. Hanson. Science, Vol. 372, Issue 6539 (2021) DOI: 10.1126/science.abg1919 - https://www.tudelft.nl/en/2021/tu-delft/dutch-researchers-establish-the-first-entanglement-based-quantum-network - //www.in.gr/2021/04/19/b-science/technology/internet-dimiourgithike-proto-kvantiko-diktyo-pollaplon-komvon/