A kvantumfizikusok októberben ünnepelték, amikor a Nobel-bizottság a régóta várt Fizikai díjat Alain Aspectnek, John Clausernek és Anton Zeilingernek úttörő munkájukért a kvantumösszefonódás kutatása. A közösség azonban biztosan nem pihent meg a babérjain, és a 2022-es sok egyéb izgalmas fejlemény miatt nehéz csak néhány kiemelést kiemelni. Mindazonáltal itt van néhány olyan eredmény, amely kiemelkedett számunkra a kvantumérzékelés, a kvantuminformáció, a kvantumszámítástechnika, a kvantumkriptográfia és az alapvető kvantumtudomány területén.
A kvantummechanikában a delokalizáció elve kimondja, hogy egy kvantumrészecske bizonyos kéz-hullámos értelemben egyszerre több helyen is lehet. Az összefonódás elve eközben kimondja, hogy a kvantumrészecskék olyan kapcsolatot tapasztalnak, amely lehetővé teszi, hogy az egyik részecske állapota meghatározza a másikéét, akár hatalmas távolságokon keresztül is. Novemberben a Colorado állambeli JILA fizikusai az összefonódás és a delokalizáció kombinációját alkalmazták a zaj elnyomására, amely korábban lehetetlenné tette az úgynevezett kvantumhatár alatti gyorsulások érzékelését. Ezt a határt az egyes részecskék kvantumzajja szabja meg, és ez régóta jelentős korlátja a kvantumérzékelők pontosságának. Ennek leküzdése tehát nagy előrelépés.
Nem könnyű kvantuminformációkat küldeni a hálózat egyik csomópontjáról a másikra. Ha az információt az optikai szálon lefelé küldött fotonokban kódolja, a szálban lévő veszteségek felfalják a jel hűségét, amíg az olvashatatlanná válik. Ha ehelyett kvantumösszefonódást használ az információ közvetlen teleportálására, más folyamatokat vezet be, amelyek sajnos szintén rontják a jelet. Egy harmadik csomópont hozzáadása a hálózathoz, a hollandiai QuTech fizikusaiként tette 2021-ban, csak megnehezíti a feladatot. Ezért olyan lenyűgöző, hogy a QuTech kutatói korábbi sikereiket követve kvantuminformációkat teleportáltak egy küldőtől (Alice) a vevőhöz (Charlie) egy közbenső csomóponton (Bob) keresztül. Bár az Alice-Bob-Charlie átvitel hűsége mindössze 71%, ami meghaladja a klasszikus 2/3-os határt, és ennek eléréséhez több kihívást jelentő kísérlet kombinálására és optimalizálására volt szükség a kutatóknak. Dave, Edna és Fred csomópontok csatlakoznak a hálózathoz 2023-ban? Meglátjuk!
Abban az esetben, ha a lista első két kiemelt pontjából nem lenne egyértelmű, a zaj óriási probléma a kvantumtudományban. Ez ugyanúgy igaz a számítástechnikára, mint az érzékelésre és a kommunikációra, ezért olyan fontos a zaj által kiváltott hibák kijavítása. Fizikusok készítették több előrelépés Ezen a fronton 2022-ben, de az egyik legjelentősebb májusban történt, amikor az ausztriai Innsbrucki Egyetem és a németországi RWTH Aachen Egyetem kutatói először mutattak be hibatűrő kvantumműveletek teljes készletét. Az ioncsapda kvantumszámítógépük hét fizikai qubitet használ az egyes logikai qubitek létrehozásához, valamint a „zászló” qubitek jelzik a veszélyes hibák jelenlétét a rendszerben. Lényeges, hogy a rendszer hibajavított változata jobban teljesített, mint az egyszerűbb javítatlan, illusztrálva a technika lehetőségeit.
Az információbiztonság a kvantumkriptográfia USP-je, de az információ csak annyira biztonságos, mint a lánc leggyengébb láncszeme. A kvantumkulcs-elosztásban (QKD) az egyik potenciális gyenge láncszem a kulcsok küldésére és fogadására használt eszközök, amelyek sebezhetők a hagyományos feltörésekkel szemben (például ha valaki behatol egy csomópontba és manipulálja a rendszert), noha maguk a kulcsok biztonságosak. kvantumosak. Az egyik alternatíva az eszközfüggetlen QKD (DIQKD) használata, amely a Bell-egyenlőtlenség mérését használja fotonpárokban annak igazolására, hogy a kulcsgenerálási folyamat nem lett eltévesztve. Júliusban két független kutatócsoport kísérletileg mutatta be először a DIQKD-t – egy esetben nyolc óra alatt 1.5 millió összefonódott Bell-párt generált, és ezek felhasználásával egy 95 884 bites megosztott kulcsot generált. Bár a kulcsgenerálási sebességnek magasabbnak kell lennie ahhoz, hogy a DIQKD praktikus legyen a valós titkosított hálózatokban, az elvek bizonyítéka lenyűgöző.
A többi összegabalyodott részecskék ebben a kiemelt listában mind azonosak: fotonok más fotonokkal, ionok más ionokkal, atomok más atomokkal. De a kvantumelméletben semmi sem követelné meg ezt a fajta szimmetriát, és a „hibrid” kvantumtechnológiák feltörekvő új osztálya valójában a dolgok összekeverésére támaszkodik. Írja be a kutatók vezetését Armin Feist A németországi Max Planck Multidiszciplináris Tudományok Intézetének munkatársa augusztusban kimutatta, hogy egy gyűrű alakú optikai mikrorezonátor és egy nagy energiájú elektronsugár segítségével, amely a gyűrűt érintően halad át, össze tudnak kötni egy elektront és egy fotont. A technikának vannak alkalmazásai a „heraldingnak” nevezett kvantumfolyamathoz, amelyben az egyik részecske észlelése egy összefonódott párban azt jelzi, hogy a másik részecske kvantumkörben használható – ez nagyszerű példa arra, hogy a mai alapvető fejlesztések hogyan hajtják a holnap innovációit.
Egy zsáknyi kvantumfurcsaság
Végül a hagyományos módon (megcsináltuk kétszer, ezért ez már hagyomány), a kvantumkiemelések listája sem teljes anélkül, hogy ne bólintsunk mindarra, ami a területen furcsa és elgondolkodtató. Tehát hallgassuk meg az amerikai kutatóknak, akik kvantumprocesszort használtak szimulálja az információ teleportálását egy féreglyukon keresztül a tér-időben; egy csoport Olaszországban és Franciaországban, akik kemény számokat tettek a megkülönböztethetetlen fotonok megkülönböztethetetlensége; egy nemzetközi csapat, amely a klasszikus ok-okozati összefüggés kvantummegsértését alkalmazta jobban megértsük az ok-okozat természetét; és egy rettenthetetlen fizikuspár az Edinburgh-i Egyetemen (Egyesült Királyság), akik megmutatták, hogy a kvantumjelek jó módja annak, technológiailag fejlett idegenekkel, hogy kapcsolatot létesítsenek csillagközi távolságokon át. Köszönöm, hogy kvantumfurcsának tartottad!
