Průlom v technologii kvantového harddisku  
Na Australské národní univerzitě uchovali kvantovou informaci v atomech europia uvnitř krystalu, po rekordní dobu 6 hodin. Bude kvantová komunikace založená na pevných médiích?

 

Zvětšit obrázek
Budeme ukládat kvantové informace do kvantových harddisků? Kredit: Solid State Spectroscopy Group, ANU.

Je už na obzoru přenos kvantové informace? Manjin Zhong z Australské národní univerzity (ANU) v Canbeře a její kolegové věří, že už brzy bude možné šířit kvantovou informaci mezi dvěma místy na povrchu planety. Dá to ale ještě práci. Nejspíš se přitom neobejdeme bez zařízení, která budou schopná uchovat kvantovou informaci po významně dlouhou dobu. Kvantové stavy jsou totiž obvykle velice křehké a během milisekund zkolabují. Zhongová a spol. se proto rozhodli přispět k rozvoji kvantové komunikace technologií, která umožňuje uchovat kvantové informace celé dlouhé hodiny.

 

 

Zvětšit obrázek
Manjin Zhong. Kredit: ANU.

Přenos kvantové informace je velmi slibný pro všechny ty, kteří z nějakého důvodu chtějí svoji komunikace utajit. Tato technologii nabízí z dnešního pohledu neprolomitelné šifrování, které je založené na magických principech kvantové mechaniky. Není žádným tajemstvím, že částice, jako jsou třeba fotony, mohou být vytvořeny tak, aby byly kvantově provázané. Když jednu z těchto částic něco ovlivní, tak se to ihned projeví na druhé částici v entanglovaném páru, ať už jsou od sebe jakkoliv daleko.

 

Vědci vyvinuli prototyp kvantového harddisku, který vylepšil dosavadní dobu uskladnění kvantové informace o více než dva řády. Jejich rekord je šest hodin, což již významně pootvírá cestu například ke světové síti šifrování dat, která by byla založena na přenosu kvantové informace a kterou by bylo možné využívat pro bankovní transakce anebo soukromé emaily.

 

Zvětšit obrázek
Europium v intimním detailu. Kredit: Jurii, Wikimedia Commons.

Tým Zhangové kvantovou informaci uchovává v iontech kovového prvku europia (Eu) ze skupiny lanthanoidů, jinak významného materiálu pro výrobu barevných televizních obrazovek, které byly umístěné v krystalu. Podle nich je technologie založená na médiu v pevném skupenství zajímavou alternativou k laserovým paprskům v optických vláknech, s jejichž pomocí se dnes vytvářejí kvantové sítě o délce kolem sta kilometrů. Podle Zhangové jsou jimi dosažené doby uchování natolik dlouhé, že by si prý lidé měli na jejich technologii zvyknout jako na nejlepší způsob šíření kvantových dat.

 

Matthew Sellars. Kredit: ANU.

Badatelé si představují, že by mohli kvantovou informaci uložit do krystalů s atomy europia a pak by je transportovali do různých částí kvantové sítě, vzdálených od sebe tisíce kilometrů. Své krystaly podle všeho vnímají jako přenosné optické harddisky pro kvantové provázání (entanglement). Když laserovým paprskem zapsali kvantovou informaci do jaderného spinu europia, tak krystal vystavili působení kombinace fixovaných a oscilujících magnetických polí, aby uchovali křehkou a pomíjivou kvantovou informaci. Dojde při tom k izolaci spinů europia a k zabezpečení kvantové informace na relativně dlouhou dobu.


A nejde jen o kvantovou komunikaci. Šéf výzkumu Matthew Sellars, taktéž z Australské národní univerzity si libuje, že s jejich kvantovým harddiskem je také možné důkladně prověřit kvantovou mechaniku. Podle Sellarse jsme až doposud neměli možnost zkoumat kvantový entanglement na tak velkou vzdálenost, jakou právě kvantový harddisk umožňuje. Teď se prý ukáže, jak je naše kvantová mechanika funkční.

 

 

Literatura

Australian National University News 8. 1. 2015, Nature 517: 177-180.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 10.01.2015 16:25
Tisk článku

Big Data - Cukier Kenneth, Mayer-Schönberger Viktor
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 349 Kč
cena: 296 Kč
Big Data
Cukier Kenneth, Mayer-Schönberger Viktor

Diskuze:

Re: Re: Dotaz

Tomáš Fuksa,2015-01-19 10:35:39

V mém příkladu Boba ale nezajímá výsledek kolapsu ale kolaps samotný.

Ve článku se píše, že "uchovali kvantovou informaci v atomech europia uvnitř krystalu, po rekordní dobu 6 hodin", což chápu tak, že dokáží zjistit, jestli ke kolapsu došlo aniž by tím kolaps způsobili.

To znamená - Alice a Bob mají např. 4 páry provázaných částic. Předpokládejme, že je mají v zařízení, které dokáže udržet kvantový stav neomezeně dlouho.
Bob pravidelně kontroluje, jestli jsou jeho částice stále v kvantovém stavu.
Alice změří první a třetí částici, čímž způsobí kolaps stavu. Nic o tom ale Bobovi neřekne.

Co uvidí Bob, až se příště podívá, jestli jeho částice stále uchovávají kvantový stav?

Uvidí zkolabovanou první a třetí částici?

Odpovědět


Vladimír Lieberzeit,2015-01-19 11:16:24

Bob nemůže zjistit, jestli je částice ještě v provázaném stavu, aniž by provedl měření, které způsobí kolaps provázaného stavu.

Ale navíc, i když Bob částici změří, nestačí mu to k určení, jestli částice byla v provázaném stavu. K tomu by ještě musel získat výsledek měření Aliciny částice od Alice. A k tomu musí použít klasický přenosový kanál o max. světelné rychlosti.

Odpovědět


Pavel Bílek,2015-01-19 18:29:46

Vytvoří množství provázaných párů, naloží je do tryskáčů, odvezou na opačné konce Země a přitom budou postupně v předem připraveném pořadí provádět na částicích měření. Výsledky můžou porovnávat už průběžně přes internet nebo až později, to je jedno.

Porovnání výsledků měření může buďto provázání vyvrátit anebo může znamenat, že částice si provázání možná udržely až do měření a možná ne.

Dokud bude víc než polovina párů vypadat, že si mohly provázání udržet, tak se to vyhodnotí tak, že si některé páry provázání udržely. Až bude polovina párů vypadat, že si provázání mohly udržet, a polovina jich bude vypovídat o tom, že provázané už nejsou, tak se to vyhodnotí tak, že provázané nebyly už žádné.

Odpovědět


Pavel Bílek,2015-01-19 19:12:35

Zpřesnění posledního odstavce:

Měření zruší provázání (pokud při měření ještě bylo). Na každém páru lze tedy provést měření jen jednou.

Dokud bude výsledek víc než poloviny měření říkat, že si páry mohly provázání až do měření udržet, tak se to vyhodnotí tak, že si některé páry provázání až do měření udržely.

Až bude výsledek poloviny měření říkat, že si páry mohly provázání až do měření udržet, a výsledek druhé poloviny měření bude vypovídat o tom, že v okamžiku měření už páry provázané nebyly, tak se to vyhodnotí tak, že žádné páry už v okamžiku měření provázané nebyly.

Odpovědět

Terminológiu nezvolili aut. orig. článku šťastne…

Roman Horváth,2015-01-13 03:02:58

Dobrý deň, tento môj komentár by mal byť priamo pod citovaným zdrojom, tu môže pôsobiť skôr ako akýsi „výkrik do tmy“, ale pod článkom http://phys.org/news/2015-01-quantum-hard-breakthrough.html som nenašiel zapnuté komentáre…

O čo ide? V referovanom zdroji je citovaný takýto výrok: „…So, we are thinking of our crystals as portable optical hard drives for quantum entanglement.“ (autor neznámy) Lenže termín „optický prenosný disk“ mi ako informatikovi v tomto kontexte silno prekáža.

Disk, obvzvlášť pevný disk, je v oblasti uchovania a prenosu informácií vnímaný ako médium slúžiace na dlhodobé uchovanie informácií a hoci z pohľadu kvantovej mechaniky to môže vyzerať, že to tak presne je, z pohľadu čisto technického ide skôr o akýsi druh prepínača, hubu, opakovača alebo iného sieťového komponentu.

Z tohto pohľadu by bolo lepšie pomenovanie naznačené v abstrakte článku referovanom cez doi:10.1038/nature14025 (Optically addressable nuclear spins in a solid with a six-hour coherence time) – quantum repeater, čiže kvantový opakovač (aj keď názov je v abstrakte len naznačený a to pomenovaním súvisiaceho protokolu).

Menej dobré, ale stále lepšie ako „pevný disk“ je pomenovanie „kvantový USB kľúč“ (quantum memory stick) spomenuté v abstrakte článku referovanom cez doi:10.1038/517153a (Quantum information: Spin memories in for the long haul).

Odpovědět

Dotaz

Tomáš Fuksa,2015-01-12 17:02:42

Jak se vlastně měří doba uchování kvantového stavu?
Pokud je možné zjistit, jestli ke kolapsu ještě nedošlo, není možné provázené páry použít k nadsvětelné komunikaci pomocí detekce kolapsu?
Alice se podívá na stav částice a dojde ke kolapsu. Bob okamžitě ví, že se Alice podívala na stav, protože se i na jeho straně dojde ke kolapsu.

(Předpokládám odpověď "ne", zajímalo by mě proč.)

Možná si i sám odpovím - je to proto, že na druhé straně ke kolapsu nedojde, jen se změní pravděpodobnost stavu v případě pozorování?

Odpovědět


Re: Dotaz

Pavel Bílek,2015-01-12 20:06:36

Alice si může zvolit bázi, ve kterém měří. U polarizace fotonů je tou bází úhel. Nemůže si ale zvolit (pokud to nechceme zobecňovat způsobem, kterému se fyzika vyhýbá), jak kolaps dopadne. U fotonů si tedy nemůže zvolit, jestli polarizace zkolabuje do úhlu, který zvolila, anebo do úhlu k němu kolmého. Proto se Bob o úhlu zvoleném Alicí nedozví z měření svého fotonu nic. Ať už Bob zvolí jakýkoli úhel, tak bez znalosti, jestli je to tak anebo kolmo, mu výsledek měření o úhlu zvoleném Alicí nenapoví zhola nic.

Následně pak porovnáním výsledků Alice a Boba lze ověřit, že částice byly provázané.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni