Η αβέβαιη καθημερινότητα στο διαδίκτυο, όπου χάκερς μπορούν να παραβιάσουν λογαριασμούς και να κλέψουν ταυτότητες, εντείνεται με την άνοδο της τεχνητής νοημοσύνης. Η κβαντική κρυπτογραφία υπόσχεται ισχυρότερη προστασία, βασιζόμενη στους νόμους της κβαντικής φυσικής. Ωστόσο, ο δρόμος προς ένα πλήρως λειτουργικό κβαντικό ίντερνετ παραμένει τεχνικά δύσκολος.
Πρόσφατα, ερευνητές του Πανεπιστημίου Στουτγκάρδης πέτυχαν ένα καθοριστικό άλμα στον τομέα του quantum repeater, μιας από τις πιο απαιτητικές τεχνολογίες που θα αποτελέσουν τους κόμβους του μελλοντικού κβαντικού δικτύου. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο «Nature Communications».
Μεταφορά πληροφορίας με νανομετρικές νησίδες ημιαγωγών
«Για πρώτη φορά παγκοσμίως καταφέραμε να μεταφέρουμε κβαντική πληροφορία ανάμεσα σε φωτόνια που προέρχονται από δύο διαφορετικά quantum dots», αναφέρει ο καθηγητής Πίτερ Μίχλερ. Στην κβαντική επικοινωνία, τα φωτόνια μεταφέρουν πληροφορία, κωδικοποιημένη στις δύο κατευθύνσεις πόλωσής τους. Επειδή όμως η πόλωση δεν μπορεί να μετρηθεί χωρίς να αλλοιωθεί, κάθε προσπάθεια υποκλοπής γίνεται αντιληπτή.
Έτοιμο για υποδομές οπτικών ινών
Ένα οικονομικά βιώσιμο κβαντικό ίντερνετ θα βασίζεται σε οπτικές ίνες, όπως και το σημερινό. Όμως το φως έχει περιορισμένη εμβέλεια και δεν μπορεί να ενισχυθεί κλασικά, αφού η κβαντική πληροφορία δεν επιτρέπεται να αντιγραφεί. Η λύση είναι η κβαντική τηλεμεταφορά, όπου η πληροφορία «μεταφέρεται» από ένα φωτόνιο σε άλλο χωρίς να αποκαλύπτεται.
Quantum repeaters ως κόμβοι
Για να λειτουργήσει αυτό, τα φωτόνια πρέπει να είναι σχεδόν αδιαχώριστα ως προς το χρώμα και το χρονικό προφίλ τους – κάτι εξαιρετικά δύσκολο όταν παράγονται από διαφορετικές πηγές. Η ομάδα του Τιμ Στρομπελ ανέπτυξε quantum dots που παράγουν φωτόνια σχεδόν πανομοιότυπα, ενώ συνεργάτες στη Δρέσδη παρείχαν υλικά με ελάχιστες διαφορές.
Στο πείραμα, η ομάδα τηλεμετέφερε την κατάσταση πόλωσης ενός φωτονίου από ένα quantum dot σε ένα άλλο φωτόνιο από δεύτερο quantum dot. Το δεύτερο σύστημα παρήγαγε ζεύγος συμπλεγμένων φωτονίων· το ένα ταξίδεψε και συνέπλεξε με το φωτόνιο του πρώτου συστήματος, επιτρέποντας τη μεταφορά πληροφορίας στον μακρινό «σύντροφο» του ζεύγους. Καθοριστικό ρόλο έπαιξαν οι quantum frequency converters, που εξάλειψαν τις υπολειμματικές διαφορές συχνότητας.
Βήμα προς μεγαλύτερες αποστάσεις
Αν και η τρέχουσα απόσταση ήταν περίπου 10 μέτρα, προηγούμενες δοκιμές έχουν δείξει ότι η εμπλοκή διατηρείται μετά από 36 χιλιόμετρα μέσα από το κέντρο της Στουτγκάρδης. Στόχος πλέον είναι να αυξηθεί τόσο η απόσταση όσο και το ποσοστό επιτυχίας, που σήμερα είναι λίγο πάνω από 70%.
«Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν πόσο κοντά βρισκόμαστε στις πρώτες πρακτικές εφαρμογές», καταλήγει ο Δρ. Πορταλούπι.
Περισσότερες πληροφορίες: Tim Strobel et al, Κβαντική τηλεμεταφορά μήκους κύματος τηλεπικοινωνιών χρησιμοποιώντας φωτόνια με μετατροπή συχνότητας από απομακρυσμένες κβαντικές κουκκίδες, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-65912-8
Πληροφορίες περιοδικού: Nature Communications
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο της Στουτγάρδης