Magyar kutatók olyan kvantumhálózat felé tettek nagy lépést, ahol a mikrohullámú és optikai jelek között hideg atomok közvetíthetnek.
A radiocafé Millásreggeli című műsorában Dombi András fizikus, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos főmunkatársa arról beszélt, miért lehet fontos áttörés, hogy egy magyar kutatócsoport olyan berendezést épített, amelyben hideg rubidiumatomok egyszerre „értik” a kvantumszámítógépek és a kvantumhálózatok nyelvét.
Két világ között kell kapcsolat
A kvantumtechnológia egyik nagy kihívása, hogy a kvantumszámítógépek és a jövőbeli kvantumhálózatok nem ugyanazon a „nyelven” működnek. Dombi András magyarázata szerint a kvantumprocesszorok felé a mikrohullámú jelek, a hálózati összeköttetések felé pedig inkább a fény, vagyis az optikai jelek a természetesek. Ha egyszer valóban hálózatba kapcsolt kvantumszámítógépeket akarunk, a kettő közé fordítóra lesz szükség.
Erről szól a MOCA projekt: a név az angol „microwave and optical conversion by atoms” kifejezés rövidítése. A több ország részvételével futó európai kutatásban a magyar csapat feladata az volt, hogy természetes atomokkal, rubidiummal mutassa meg: a kvantumos információ mikrohullámú és optikai tartományban is kapcsolatba hozható ugyanazzal az atomrendszerrel.
Lézerrel hűtve
A rubidium azért érdekes választás, mert természetes tulajdonságai miatt egyszerre tud kölcsönhatásba lépni a mikrohullámú és az optikai tartomány jeleivel. Ez teszi alkalmassá arra, hogy a két világ között közvetítsen.
Ehhez viszont az atomokat le is kell lassítani. A kutatók nem mélyhűtőbe teszik őket, hanem lézerekkel hoznak létre olyan teret, amelyben az atomfelhő csapdába esik és rendkívül alacsony hőmérsékletre hűl. Dombi András szerint a laborban nem maga a berendezés lesz hideg, hanem nagyjából egymillió atom egy nagyon kicsi, körülbelül kétmilliméteres térrészben. Ezek az atomok mikrokelvines tartományba kerülnek, vagyis nagyon közel az abszolút nullához.
Mit sikerült bizonyítani?
A mostani eredmény nem puszta elmélet, de még nem is kész technológia. A kutatócsoport azt tudta megmutatni, hogy a megfelelően előkészített hideg rubidiumatomok valóban képesek kommunikálni mind a mikrohullámú, mind az optikai jelekkel, és a kettő között „fordítani” is tudnak.
Ez azért lényeges, mert egy jövőbeli kvantumhálózatban éppen ilyen átalakítókra lehet szükség. A mai állapot azonban még laboratóriumi: nem egy olyan eszközről van szó, amelyet holnap be lehet szerelni valahová. Előbb pontosan fel kell mérni, milyen határok között működik, mennyire stabil, mennyi ideig használható, és hogyan lehet miniatürizálni.
Mi jöhet ebből a gyakorlatban?
A beszélgetésben elhangzott, hogy azért kvantumos wifi aligha lesz a hálószobában. A cél nem a mostani internet lecserélése, hanem új képességek megnyitása. Ha egyszer lesznek jól működő kvantumszámítógépek és ezeket összekötő kvantumhálózatok, azok olyan szolgáltatások alapjai lehetnek, amelyek a hétköznapokban is hasznosak.
Dombi András példaként említette a sokkal pontosabb időjárás-előrejelzést, a biztonságosabb kommunikációt vagy olyan számítási feladatokat, amelyek ma szinte kezelhetetlenül bonyolultak. Ezek még távlati lehetőségek, de az ilyen laboreredmények nélkül nem lenne miből építkezni.
Ki kicsoda, mi micsoda?
- Dombi András: fizikus, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos főmunkatársa.
- MOCA projekt: európai kutatási együttműködés, amely a mikrohullámú és optikai jelek közötti átalakítást vizsgálja atomok segítségével.
- Kvantumhálózat: olyan, még formálódó technológiai rendszer, amely kvantumos információ továbbítására szolgálhat.
- Rubidium: kémiai elem, amelyet a kutatók azért használnak, mert alkalmas lehet arra, hogy mikrohullámú és optikai jelekkel is kölcsönhatásba lépjen.
- Mikrohullámú–optikai konverzió: olyan átalakítási folyamat, amelyben az információ egyik elektromágneses tartományból a másikba kerül át. Ez a kvantumtechnológia egyik kulcsproblémája.
