Μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δανίας (DTU) κατέγραψε ένα σημαντικό ορόσημο στην κβαντική τεχνολογία: κατάφεραν να μάθουν τη συμπεριφορά ενός πολύπλοκου και θορυβώδους κβαντικού συστήματος χρησιμοποιώντας διεμπλεγμένο φως, μειώνοντας τον απαιτούμενο χρόνο από 20 εκατομμύρια χρόνια σε μόλις 15 λεπτά.
Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science με τίτλο «Quantum learning advantage on a scalable photonic platform», και παρουσιάζει για πρώτη φορά αποδεδειγμένο κβαντικό πλεονέκτημα σε φωτονικό σύστημα.
Ο ρόλος του διεμπλεγμένου φωτός
Η μελέτη ασχολείται με ένα κοινό πρόβλημα στη φυσική και την μηχανική: την ανάγκη επαναλαμβανόμενων μετρήσεων για να κατανοηθεί ή να χαρακτηριστεί ένα φυσικό σύστημα – π.χ. για να αποτυπωθεί το «αποτύπωμα θορύβου» μιας συσκευής.
Ωστόσο, στα κβαντικά συστήματα αυτό γίνεται πιο περίπλοκο λόγω του κβαντικού θορύβου και της εκθετικής αύξησης των απαιτούμενων μετρήσεων όσο μεγαλώνει το σύστημα. Οι ερευνητές βρήκαν λύση σε αυτό το πρόβλημα μέσω της χρήσης διεμπλεγμένου φωτός, το οποίο εκμεταλλεύεται τις ιδιότητες της κβαντικής διεμπλοκής για την εξαγωγή περισσότερης πληροφορίας με λιγότερες μετρήσεις.
«Το κάναμε σε 15 λεπτά»
«Δημιουργήσαμε μια ελεγχόμενη διαδικασία και θέσαμε το ερώτημα: Μπορεί η διεμπλοκή να μειώσει τον αριθμό των μετρήσεων που απαιτούνται για να μάθουμε ένα σύστημα; Η απάντηση είναι ναι – και μάλιστα σημαντικά. Μάθαμε τη συμπεριφορά του συστήματος μας σε 15 λεπτά, ενώ η κλασική προσέγγιση θα χρειαζόταν περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια», δήλωσε ο καθηγητής Ulrik Lund Andersen, επικεφαλής του ερευνητικού έργου.
Πειραματική εγκατάσταση με κοινά οπτικά εξαρτήματα
Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στο υπόγειο του Τμήματος Φυσικής του DTU και βασίστηκε σε απλά, καθιερωμένα οπτικά εξαρτήματα που λειτουργούν σε τηλεπικοινωνιακά μήκη κύματος. Αυτό αποδεικνύει ότι το πλεονέκτημα δεν εξαρτάται από την τελειότητα του εξοπλισμού αλλά από την ίδια τη μέθοδο μέτρησης.
Η διάταξη περιελάμβανε ένα οπτικό κανάλι με πολλαπλούς παλμούς φωτός που μοιράζονταν το ίδιο μοτίβο θορύβου. Δύο δέσμες φωτός «συμπιέστηκαν» ώστε να γίνουν διεμπλεγμένες: η μία χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση του συστήματος, ενώ η άλλη για σύγκριση. Η κοινή μέτρηση των δύο παρείχε πολύ μεγαλύτερη πληροφορία ανά δοκιμή σε σχέση με τη μεμονωμένη ανάλυση του παλμού ανίχνευσης.
Δεν εφαρμόστηκε ακόμα σε πραγματικό σύστημα
Ο Jonas Schou Neergaard‑Nielsen, αναπληρωτής καθηγητής στο DTU Physics και συν-συγγραφέας της μελέτης, σημειώνει ότι η τεχνική δεν έχει εφαρμοστεί ακόμη σε κάποιο συγκεκριμένο πραγματικό σύστημα.
«Παρά το γεγονός ότι πολλοί μιλούν για κβαντική τεχνολογία και το πώς θα ξεπεράσει τους κλασικούς υπολογιστές, η πραγματικότητα είναι ότι αυτό ακόμα δεν έχει επιτευχθεί. Γι’ αυτό, μας ικανοποιεί το γεγονός ότι βρήκαμε ένα κβαντικό σύστημα που κάνει κάτι που κανένα κλασικό σύστημα δεν μπορεί να κάνει», δήλωσε.
Ποιοι συμμετείχαν στην έρευνα
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε από το κέντρο bigQ του DTU, με επικεφαλής τον Ulrik Lund Andersen και συντονιστή τον Jonas Schou Neergaard‑Nielsen. Κύριοι συγγραφείς του άρθρου είναι ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Zhenghao Liu και ο υποψήφιος διδάκτορας Romain Brunel.
Συμμετείχαν επίσης ερευνητές από τα:
University of Chicago, Perimeter Institute, University of Waterloo, Caltech, MIT και KAIST.
More information: Zheng-Hao Liu et al, Quantum learning advantage on a scalable photonic platform, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv2560. www.science.org/doi/10.1126/science.adv2560
Journal information: Science
Provided by Technical University of Denmark
