Įsivaizduokite, kad jūsų įprastas šviesolaidinis interneto ryšys galėtų perduoti ne tik laiškus ar filmus, bet ir itin jautrias kvantines būsenas, laikomas ateities saugaus ryšio pagrindu. Berlyne tai ne tik įsivaizduojama – tai jau pademonstruota. Sausio pabaigoje Vokietijos sostinėje atliktas išskirtinis eksperimentas verčia iš naujo pažvelgti į esamos telekomunikacijų infrastruktūros galimybes.
Eksperimentas vyko ne sterilioje laboratorijoje, o pačioje miesto tinklo šerdyje. Tai esminė detalė, keičianti požiūrį: ji rodo, kad futuristinės kvantinės fizikos idėjos gali veikti drauge su mūsų kasdienybe, o reikšmingi mokslo lūžiai kartais įvyksta visiškai įprastose vietose.
Kaip tai veikė?
Už visą eksperimentą atsakingi mokslininkai iš tyrimų padalinio „T-Labs“, priklausančio „Deutsche Telekom“, ir kvantiniams tinklams besispecializuojančios JAV bendrovės „Qunnect“. Jie pasinaudojo 30 kilometrų ilgio šviesolaidžio kilpa, einančia per Berlyno aglomeraciją ir jungiančia laboratoriją su vienu iš miesto bandomojo tinklo mazgų. Pagrindinėms kvantinės informacijos vienetams – kubitams – generuoti naudotas mažos sanglaudos šviesos šaltinis, o už svarbiausią elementą – susietų (susipynusių) fotonų porų generavimą – buvo atsakinga „Qunnect“ platforma „Carina“.
Šie susieti fotonai keliavo įprastais šviesolaidžiais – tiek paklotais po žeme, tiek išvedžiotais ant stulpų – ir buvo veikiami visų tipinių miesto trikdžių: temperatūros svyravimų, vibracijų, aplinkos trikdžių. Kad subtili kvantinė būsena išliktų tokioje kelionėje, komanda įdiegė automatizuotą stabilizavimo sistemą, kuri realiuoju laiku kompensavo nepageidaujamus pokyčius. Rezultatas buvo stulbinamai geras kaip tokioms sąlygoms: vidutinis teleportacijos proceso tikslumas siekė 90 procentų, o didžiausia pasiekta vertė – net 95 procentai.
Ypač svarbus ir techninis pasirinkimas – naudota 795 nanometrų bangos ilgio šviesa. Šis parametras parinktas sąmoningai, siekiant suderinamumo su kitomis pažangiomis kvantinėmis technologijomis. Toks bangos ilgis puikiai dera su atominiais kvantiniais kompiuteriais, pažangiais atominių laikrodžių sprendimais ir itin tiksliais kvantiniais jutikliais. Taigi Berlynas pademonstravo ne tik pačią kvantinės informacijos teleportaciją, bet ir galimą skirtingų ateities sistemų integraciją.
Kokį poveikį tai gali turėti ateičiai?
Reikėtų aiškiai pasakyti: niekas nieko fiziškai neteleportavo. Šis procesas neturi nieko bendra su akimirksniu perkeliamais žmonėmis ar daiktais, kaip rodoma fantastiniuose filmuose. Kalbama apie kvantinės informacijos – elementariosios dalelės fizinės būsenos – teleportaciją. Ji įmanoma dėl kvantinio susipynimo reiškinio, kai dvi dalelės tampa ypatingai susijusios nepaisant atstumo tarp jų: pakeitus vienos būseną, kita sureaguoja akimirksniu.
Tokių technologijų praktinės pasekmės – labai plačios. Dažniausiai minima kvantinė kriptografija, žadanti šifravimo sistemas, paremtas fizikos dėsniais, o ne skaičiavimo sudėtingumu. Teoriškai tai padaro jas neįveikiamas įsilaužėliams ir sukuria pagrindą itin saugiems ryšio kanalams. Toliau – išskirstytasis kvantinis skaičiavimas, kai daug mažesnių, skirtingose vietose esančių kvantinių kompiuterių veikia tarsi viena galinga mašina. Tai atveria kelią naujo tipo saugioms debesijos paslaugoms, kvantiniams duomenų centrams ir neįsivaizduojamo tikslumo jutiklių tinklams.
Šių tyrimų strateginė reikšmė akivaizdi. „Deutsche Telekom“ aiškiai demonstruoja, kad jų tinklas jau pasirengęs kvantinių technologijų integracijai, o berlyniškis testas yra labiau galimybių demonstravimas nei vien teorinis mokslinis bandymas. Platesniame kontekste kalbama ir apie Europos technologinę nepriklausomybę lenktynėse, kurios greičiausiai formuos ateinančių dešimtmečių veidą.
Kokie numatomi tolesni žingsniai?
Berlyno eksperimento sėkmė – tik pirmasis etapas ilgesniame procese. „Qunnect“ ir „Deutsche Telekom“ su partneriais planuoja plėsti bandymus, pereidami prie kelių mazgų konfigūracijų. Vietoj paprastos kilpos tarp dviejų taškų ketinama kurti mažą tinklą, jungiantį daugiau vietovių. Kitas ne mažiau svarbus tikslas – padidinti atstumą, kuriuo galima patikimai teleportuoti kvantinę informaciją. Kiekvienas papildomas kilometras šviesolaidyje reiškia fotonų energijos nuostolius, todėl reikia vis sudėtingesnių stabilizavimo ir kvantinio signalo stiprinimo metodų.
Visas projektas remiasi ankstesniais, nuosekliais bandymais. Pirmiausia buvo tikrinama, ar susipynę fotonai apskritai gali išgyventi kelionę per miesto infrastruktūrą. Tik įsitikinus, kad jų būsena išlieka pakankamai stabili, pereita prie tikrosios kvantinių būsenų teleportacijos. Tai atsargus, žingsnis po žingsnio grindžiamas požiūris į revoliucinių technologijų diegimą.
Jei pažanga bus tęsiama tokiu tempu, pirmosios realiai komercinės paslaugos, paremtos kvantiniais tinklais, gali pasirodyti per artimiausius kelerius metus. Neverta tikėtis staigaus lūžio, kuris iš esmės pakeistų mūsų kasdienybę per vieną naktį. Greičiau tai bus tylus, pamažu vykstantis naujų galimybių įterpimas į senąją infrastruktūrą. Berlynas parodė, kad tokia trajektorija yra reali ir įgyvendinama. Tai gal ir ne šuolis, bet labai tvirtas, viltingas žingsnis pirmyn technologijoms, nuo kurių gali priklausyti ateities saugumas ir skaičiavimo galimybės.
