Drömmen om storskaliga kvantnätverk har tagit ett betydande kliv närmare verkligheten. Fysiker vid Stanford University har lyckats tämja ljuset på en mikroskopisk nivå, en bedrift som kan vara nyckeln till att skala upp framtidens superdatorer.
Inom kvantfysikens värld är kommunikation allt, men det är också en av de största utmaningarna. Atomer som fungerar som kvantbitar, eller “qubits”, har länge gäckat forskare med sitt oförutsägbara beteende när det gäller att sända ut information. Men nu presenterar ett forskarteam under ledning av Jon Simon en lösning som publicerats i den prestigefyllda tidskriften Nature.
Att fånga en foton i flykten
Problemet som forskarna ställdes inför var lika grundläggande som det var svårlöst: atomer emitterar ljus – bäraren av deras information – alldeles för långsamt. Dessutom sker detta utsläpp i slumpmässiga riktningar, vilket gör det oerhört svårt att läsa av informationen effektivt.
Lösningen från Stanford-teamet är utvecklingen av miniatyriserade optiska kaviteter. Tänk på dessa som extremt små fällor designade för att fånga enstaka fotoner som sänds ut av individuella atomer. Genom att kapsla in atomerna i dessa kaviteter tvingas ljuset att bete sig mer disciplinerat.
Från slump till samtidig avläsning
Detta tekniska genombrott innebär att man nu kan läsa av information från alla qubits samtidigt, istället för att kämpa med slumpmässiga signaler. Det är skillnaden mellan att försöka lyssna på en orkester där alla spelar i otakt och vända ryggen mot publiken, jämfört med att höra en perfekt synkroniserad symfoni.
Teamet har inte bara teorin på sin sida; de har levererat konkreta bevis. De har demonstrerat en fungerande uppställning bestående av 40 optiska kaviteter. Ännu mer imponerande är att de redan har en prototyp som innehåller över 500 kaviteter, vilket visar att tekniken är redo att växa.
Vägen mot en miljon
Detta är inte bara ett akademiskt experiment. Forskningen skisserar en realistisk väg framåt för att skala upp kvantdatanätverk till nivåer vi tidigare bara drömt om. Med hjälp av dessa optiska kaviteter ser forskarna nu en framkomlig väg mot system som hanterar en miljon qubits.
Genom att lösa problemet med hur atomer kommunicerar via ljus, har Jon Simon och hans kollegor vid Stanford lagt en ny grundsten för nästa generations beräkningskraft.