Kvantfüüsikud tähistasid oktoobris, kui Nobeli komitee autasustas a kauaoodatud füüsikaauhind Alain Aspectile, John Clauserile ja Anton Zeilingerile teerajamise eest kvantpõimumise uurimine. Kuid kogukond ei ole kindlasti loorberitele puhkama jäänud ja 2022. aastal on nii palju muid põnevaid arenguid arvestades raske valida vaid mõnda esiletõstmist. Sellegipoolest on siin mõned tulemused, mis meie jaoks silma paistsid kvantanduri, kvantteabe, kvantarvutamise, kvantkrüptograafia ja fundamentaalse kvantteaduse valdkonnas.
Kvantmehaanikas ütleb delokaliseerimise põhimõte, et kvantosake võib mõnes käega lainelises mõttes olla korraga mitmes kohas. Põimumise põhimõte aga väidab, et kvantosakesed kogevad ühendust, mis võimaldab ühe osakese seisundil määrata teise osakese seisundit isegi suurte vahemaade tagant. Novembris kasutasid USA Colorados asuva JILA füüsikud segamise ja ümberpaigutamise kombinatsiooni, et summutada müra, mis oli varem muutnud võimatuks nn kvantpiirist madalamate kiirenduste tajumise. Selle piiri määrab üksikute osakeste kvantmüra ja see on pikka aega olnud kvantandurite täpsuse oluline piirang. Sellest üle saamine on seega suur samm edasi.
Kvantiteabe saatmine ühest võrgusõlmest teise ei ole lihtne. Kui kodeerite teabe optilise kiu kaudu alla saadetud footonitesse, söövad kius olevad kaod signaali täpsust, kuni see muutub loetamatuks. Kui kasutate teabe otse teleportimiseks kvantpõimumist, tutvustate muid protsesse, mis paraku ka signaali halvendavad. Kolmanda sõlme lisamine võrku Hollandi QuTechi füüsikutena tegi 2021. aastal, teeb ülesande ainult keerulisemaks. Sellepärast on see nii muljetavaldav, et QuTechi teadlased jätkasid oma varasemat edu, teleportides kvantteavet saatjalt (Alice) vastuvõtjale (Charlie) vahesõlme (Bob) kaudu. Kuigi Alice-Bob-Charlie ülekande truudus oli vaid 71%, on see kõrgem kui klassikaline piirmäär 2/3 ja selle saavutamiseks tuli teadlastelt kombineerida ja optimeerida mitmeid väljakutseid pakkuvaid katseid. Kas Dave, Edna ja Fred sõlmed liituvad võrguga 2023. aastal? Me näeme!
Kui see ei olnud selle loendi kahest esimesest esiletõstmisest selge, on müra kvantteaduses suur probleem. See kehtib nii andmetöötluse kui ka tuvastuse ja side kohta, mistõttu on nende mürast põhjustatud vigade parandamine nii oluline. Füüsikud tegid mitmeid edusamme sel rindel aastal 2022, kuid üks olulisemaid juhtus mais, kui Austria Innsbrucki ülikooli ja Saksamaa RWTH Aacheni ülikooli teadlased demonstreerisid esimest korda tõrketaluvusega kvantoperatsioone. Nende ioonilõksu kvantarvuti kasutab iga loogilise kubiidi tegemiseks seitset füüsilist kubitti, millele lisanduvad lipukubitid, mis annavad märku ohtlikest vigadest süsteemis. Oluline on see, et süsteemi veaparandatud versioon toimis paremini kui lihtsam parandamata, näitlikustades tehnika võimalusi.
Infoturve on kvantkrüptograafia USP, kuid teave on alati nii turvaline kui ahela nõrgim lüli. Kvantvõtmejaotuse (QKD) puhul on üheks potentsiaalseks nõrgaks lüliks võtmete saatmiseks ja vastuvõtmiseks kasutatavad seadmed, mis on tavapäraste häkkimiste suhtes haavatavad (nt keegi tungib sõlme ja rikub süsteemi), kuigi võtmed ise on kaitstud. kvant omad. Üks alternatiiv on kasutada seadmest sõltumatut QKD-d (DIQKD), mis kasutab Belli ebavõrdsuse mõõtmisi footonipaarides, et kinnitada, et võtme genereerimise protsessi ei ole segatud. Juulis demonstreerisid kaks sõltumatut teadlaste rühma esimest korda eksperimentaalselt DIQKD-d – ühel juhul genereerisid kaheksa tunni jooksul 1.5 miljonit takerdunud Belli paari ja kasutasid neid 95 884 biti pikkuse jagatud võtme genereerimiseks. Kuigi võtme genereerimise määr peab olema kõrgem, et muuta DIQKD reaalmaailma krüptitud võrkude jaoks praktiliseks, on põhimõtte tõestus hämmastav.
Teised selles esiletõstetud loendis olevad takerdunud osakesed on kõik identsed: footonid on takerdunud teiste footonitega, ioonid teiste ioonidega, aatomid teiste aatomitega. Kuid kvantteoorias pole miski, mis sellist sümmeetriat nõuaks, ja esilekerkiv uus "hübriidsete" kvanttehnoloogiate klass tugineb tegelikult asjade segamisele. Sisestage teadlased eesotsas Armin Feist Max Plancki Multidistsiplinaarsete Teaduste Instituudist Saksamaal, kes näitas augustis, et nad suudavad elektroni ja footoni põimida, kasutades rõngakujulist optilist mikroresonaatorit ja suure energiaga elektronide kiirt, mis läbib rõnga puutujaga. Sellel tehnikal on rakendusi kvantprotsessiks, mida nimetatakse "heraldiks", mille käigus ühe osakese tuvastamine takerdunud paaris näitab, et teine osake on kvantahelas kasutamiseks saadaval – see on suurepärane näide sellest, kuidas tänapäevased fundamentaalsed edusammud juhivad homseid uuendusi.
Kvantide veidruste haardekott
Lõpuks, nagu traditsiooniline (me oleme seda teinud kaks korda, seega on see traditsioon), ükski kvanthetkede loend ei ole täielik, ilma et oleks vaja noogutada kõigele, mis selles valdkonnas on kummaline ja mõistusevastane. Nii et kuulakem seda USA teadlaste jaoks, kes kasutasid selleks kvantprotsessorit simuleerida teabe teleporteerumist läbi ussiaugu aegruumis; rühmitus Itaalias ja Prantsusmaal, kes pani kõvad numbrid eristamatute footonite eristamatus; rahvusvaheline meeskond, kes kasutas klassikalise põhjuslikkuse kvantrikkumisi paremini mõista põhjuse ja tagajärje olemust; ja kartmatu paar füüsikuid Edinburghi ülikoolist Ühendkuningriigis, kes näitasid, et kvantsignaalid oleksid hea viis tehnoloogiliselt arenenud tulnukatega kontakti loomiseks üle tähtedevaheliste vahemaade. Aitäh, et hoidsite imelikuna!
