פיזיקאים קוונטים חגגו באוקטובר כאשר ועדת נובל העניקה א המיוחל פרס פיזיקה לאלן אספקט, ג'ון קלוזר ואנטון זיילינגר על החלוציות שלהם מחקר על הסתבכות קוונטית. אבל הקהילה בהחלט לא נחה על זרי הדפנה, ועם כל כך הרבה התפתחויות מרגשות אחרות בשנת 2022, קשה לבחור רק כמה דגשים. עם זאת, הנה כמה תוצאות שבלטו עבורנו בתחומי חישה קוונטית, מידע קוונטי, מחשוב קוונטי, קריפטוגרפיה קוונטית ומדע קוונטי בסיסי.
במכניקת הקוונטים, עקרון הדה-לוקליזציה קובע שחלקיק קוונטי יכול, במובן מסוים של גלי ידיים, להיות במספר מקומות בו-זמנית. עיקרון ההסתבכות, בינתיים, קובע שחלקיקים קוונטיים חווים קשר המאפשר למצבו של חלקיק אחד לקבוע את מצבו של אחר, אפילו על פני מרחקים עצומים. בנובמבר, פיזיקאים ב-JILA בקולורדו, ארה"ב, השתמשו בשילוב של הסתבכות וביטול מיקום כדי לדכא רעש שבעבר לא איפשר לחוש בתאוצות מתחת לגבול הקוונטי שנקרא. הגבול הזה נקבע על ידי הרעש הקוונטי של חלקיקים בודדים, וזה מזמן מגבלה משמעותית על הדיוק של חיישנים קוונטיים. ההתגברות עליה היא אפוא צעד גדול קדימה.
שליחת מידע קוונטי מצומת אחד ברשת למשנהו אינה קלה. אם אתה מקודד את המידע בפוטונים הנשלחים על סיב אופטי, הפסדים בסיב פוגעים בנאמנות האות עד שהוא הופך לבלתי קריא. אם במקום זאת אתה משתמש בהסתבכות קוונטית כדי בטלפורטציה ישירה של המידע, אתה מציג תהליכים אחרים, למרבה הצער, גם מבזים את האות. הוספת צומת שלישי לרשת, כפיזיקאים ב-QuTech בהולנד עשה בשנת 2021, רק מקשה על המשימה. לכן זה כל כך מרשים שחוקרי QuTech עקבו אחר הצלחתם הקודמת על ידי העברת מידע קוונטי משולח (אליס) למקלט (צ'רלי) דרך צומת ביניים (בוב). למרות שהנאמנות של השידור אליס-בוב-צ'רלי הייתה רק 71%, זה גבוה מהגבול הקלאסי של 2/3, והשגתה דרשה מהחוקרים לשלב ולייעל כמה ניסויים מאתגרים. האם צומתים של דייב, עדנה ופרד יצטרפו לרשת ב-2023? נראה!
למקרה שזה לא היה ברור משני הדגשים הראשונים ברשימה זו, רעש הוא בעיה ענקית במדעי הקוונטים. זה נכון עבור מחשוב כמו שזה נכון עבור חישה ותקשורת, וזו הסיבה שתיקון השגיאות הנגרמות מרעש הוא כל כך חשוב. פיזיקאים עשו מספר התקדמות בחזית זו בשנת 2022, אך אחת המשמעותיות ביותר הגיעה במאי כאשר חוקרים מאוניברסיטת אינסברוק, אוסטריה ואוניברסיטת RWTH Aachen בגרמניה הדגימו לראשונה סט שלם של פעולות קוונטיות סובלניות לתקלות. המחשב הקוונטי של מלכודת היונים שלהם משתמש בשבעה קיוביטים פיזיים כדי ליצור כל קיוביט לוגי, בתוספת "סימון" קיוביטים כדי לאותת על נוכחות של שגיאות מסוכנות במערכת. באופן מכריע, הגרסה שתוקנת השגיאה של המערכת תפקדה טוב יותר מהגרסה הלא מתוקנת יותר, מה שממחיש את האפשרויות של הטכניקה.
אבטחת מידע היא ה-USP של ההצפנה הקוונטית, אבל המידע מאובטח רק כמו החוליה החלשה בשרשרת. בהפצת מפתח קוונטי (QKD), חוליה חלשה פוטנציאלית אחת היא המכשירים המשמשים לשליחה וקבלה של המפתחות, הפגיעים לפריצות קונבנציונליות (כמו מישהו שפורץ לצומת ומתעסק במערכת) למרות שהמפתחות עצמם מאובטחים מפני קוונטיים. חלופה אחת היא להשתמש ב-QKD (DIQKD) בלתי תלוי במכשיר, שמשתמש במדידות של אי-שוויון בל בזוגות פוטונים כדי לאשר שתהליך יצירת המפתח לא נבנה. ביולי, שתי קבוצות עצמאיות של חוקרים הדגימו DIQKD בניסוי בפעם הראשונה - במקרה אחד על ידי יצירת 1.5 מיליון זוגות בל מסובכים על פני תקופה של שמונה שעות ושימוש בהם ליצירת מפתח משותף באורך 95 884 סיביות. למרות שקצב יצירת המפתח צריך להיות גבוה יותר כדי להפוך את DIQKD למעשי עבור רשתות מוצפנות בעולם האמיתי, ההוכחה לעיקרון היא מדהימה.
החלקיקים המסובכים האחרים ברשימת הדגשים הזו כולם זהים: פוטונים הסתבכו עם פוטונים אחרים, יונים עם יונים אחרים, אטומים עם אטומים אחרים. אבל אין שום דבר בתורת הקוונטים שדורש סוג כזה של סימטריה, ומעמד חדש של טכנולוגיות קוונטיות "היברידיות" מסתמך למעשה על ערבוב בין דברים. הזן חוקרים בראשות ארמין פייסט של מכון מקס פלנק למדעים רב-תחומיים בגרמניה, שהראו באוגוסט שהם יכולים לסבך אלקטרון ופוטון באמצעות מיקרו-תהודה אופטי בצורת טבעת וקרן של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה שעוברת את הטבעת בטנגנס. לטכניקה יש יישומים לתהליך קוונטי הנקרא "הכרזה" שבו זיהוי חלקיק אחד בזוג מסובך מצביע על כך שהחלקיק השני זמין לשימוש במעגל קוונטי - דוגמה מצוינת לאופן שבו ההתקדמות הבסיסית של היום מניעה את החידושים של מחר.
שקית אחיזה של מוזרות קוונטית
לבסוף, כמסורתי (עשינו את זה פעמים, לכן זו מסורת), אף רשימה של דגשים קוונטיים אינה שלמה ללא הנהון לכל מה שמוזר ומטריד את הדעת בתחום. אז בואו נשמע את זה עבור החוקרים האמריקאים שהשתמשו במעבד קוונטי כדי לדמות טלפורטציה של מידע דרך חור תולעת במרחב-זמן; קבוצה באיטליה וצרפת ששמה מספרים קשים על אי הבחנה של פוטונים בלתי מובחנים; צוות בינלאומי שהשתמש בהפרות קוונטיות של סיבתיות קלאסית כדי להבין טוב יותר את טבעם של סיבה ותוצאה; וזוג פיזיקאים חסר פחד מאוניברסיטת אדינבורו, בריטניה, שהראו שאותות קוונטיים יהיו דרך טובה חייזרים מתקדמים טכנולוגית ליצור קשר על פני מרחקים בין כוכביים. תודה שהשארת קוונטית מוזרה!
