Μια σημαντική αλλαγή στον τομέα των κβαντικών επικοινωνιών αναδύεται και έχει τη δυνατότητα να επαναστατήσει τον τομέα της τεχνολογίας. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Σίδνεϊ (UTS) ανακοίνωσαν πρόσφατα ότι η διαδικασία αποστολής κβαντικών σημάτων από τη Γη προς τους δορυφόρους, γνωστή ως «uplink», είναι όχι μόνο εφικτή αλλά και ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία ενός βιώσιμου κβαντικού διαδικτύου. Το νέο αυτό εύρημα προσφέρει ελπίδες για έναν παγκόσμιο ιστό κβαντικών υπολογιστών.
Αν και μέχρι σήμερα οι επιστήμονες πίστευαν ότι μια τέτοια μέθοδος ήταν πρακτικά αδύνατη, εστιάζοντας μόνο στην αντίστροφη κατεύθυνση, η νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο εξελιγμένο περιοδικό Physical Review Research έρχεται να αλλάξει τη θεώρηση αυτή. Με αυτό το άρθρο, μπορούμε να δούμε πώς μια επανάσταση στη διασύνδεση κβαντικών υπολογιστών μπορεί να είναι πιο κοντά από ποτέ.
Αλλαγή παραδείγματος: από το «Downlink» στο «Uplink»
Μέχρι σήμερα, η επικρατούσα αρχιτεκτονική στα κβαντικά δίκτυα στηριζόταν σε μία διαδικασία που ονομάζεται «downlink». Σε αυτήν την προσέγγιση, οι δορυφόροι δημιουργούν ζεύγη διεμπλεκόμενων φωτονίων στο Διάστημα και τα κατευθύνουν προς επίγειους σταθμούς. Αυτή η επιλογή προτάθηκε για να αποφευχθεί η παραμόρφωση που προκαλεί η ατμόσφαιρα, με την πεποίθηση ότι το σήμα θα υποστεί σημαντικές απώλειες αν ξεκινούσε από τη Γη.
Ωστόσο, αυτή η πρακτική παρουσίαζε σοβαρούς περιορισμούς. Απαιτούσε εξαιρετικά περίπλοκο και ευαίσθητο εξοπλισμό σε τροχιά, καθιστώντας την πολύ δαπανηρή και επιρρεπή σε βλάβες που δεν μπορούν να επιδιορθωθούν εύκολα. Επίσης, οι δορυφόροι έχουν περιορισμένη παραγωγική δυνατότητα.
Η ερευνητική ομάδα του UTS, με επικεφαλής τον καθηγητή Simon Devitt και τον καθηγητή Alexander Solntsev, αποφάσισε να αναλύσει την «αδύνατη» επιλογή του uplink. Χρησιμοποιώντας προηγμένα μοντέλα προσομοίωσης, απέδειξαν ότι, με κατάλληλη τεχνολογία, τα κβαντικά σήματα μπορούν να μεταφερθούν από τη Γη στο Διάστημα, διατηρώντας την ακεραιότητά τους.
Τα πλεονεκτήματα της Γης έναντι του Διαστήματος
Ουσιαστικά, η μεταφορά του σήματος από τη Γη στο Διάστημα προσφέρει σημαντικά στρατηγικά πλεονεκτήματα. Όπως σημειώνουν οι ερευνητές, η υποδομή που βρίσκεται στην επιφάνεια του πλανήτη μπορεί να χρησιμοποιήσει πολύ μεγαλύτερη ισχύ και είναι προσβάσιμη για συντήρηση ή αναβαθμίσεις. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή ισχυρότερων σημάτων.
«Σκοπός μας είναι να εκτοξεύσουμε δύο μεμονωμένα φωτόνια από διαφορετικούς επίγειους σταθμούς προς έναν δορυφόρο που έχει τροχιά 500 χιλιομέτρων», αναφέρει ο καθηγητής Devitt. Οι στόχοι είναι τα σωματίδια να συναντηθούν στον δορυφόρο και να υποβληθούν σε κβαντική συμβολή. Οι ερευνητές θεωρούν όλους τους παράγοντες, όπως το φως του φεγγαριού, τον περιβαλλοντικό θόρυβο και τις ατμοσφαιρικές αναταράξεις, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι η υλοποίηση είναι απόλυτα βιώσιμη.
Αυτή η εξέλιξη σημαίνει ότι οι κβαντικοί δορυφόροι του μέλλοντος δεν θα είναι περίπλοκες κατασκευές. Αντίθετα, θα λειτουργούν ως απλοί «αναμεταδότες» που διαθέτουν μια συμβατική οπτική μονάδα. Αυτή η προσέγγιση μειώνει δραστικά το κόστος κατασκευής και εκτόξευσης, κάνοντάς την προσιτή σε ευρύτερες κλίμακες.
Το Κβαντικό Διαδίκτυο ως Δημόσια Υποδομή
Η ανακάλυψη αυτή είναι σημαντική εάν λάβουμε υπόψη τις απαιτήσεις ενός λειτουργικού κβαντικού διαδικτύου. Σήμερα, οι περισσότερες εφαρμογές επικεντρώνονται στην κρυπτογραφία, η οποία απαιτεί μόνο λίγα φωτόνια. Ωστόσο, η σύνδεση κβαντικών υπολογιστών απαιτεί επαρκές εύρος ζώνης και τρισεκατομμύρια φωτόνια.
Η μεθοδολογία του uplink προσφέρει μία λύση σε αυτό το πρόβλημα. Καθώς η παραγωγή των φωτονίων γίνεται στη Γη, όπου υπάρχουν περισσότερες δυνατότητες ισχύος, μπορούμε να επιτύχουμε τις απαιτούμενες υψηλές ταχύτητες.
Ο καθηγητής Devitt συγκρίνει το μέλλον της κβαντικής διεμπλοκής με τον ηλεκτρισμό: «Στο μέλλον, η κβαντική διεμπλοκή θα είναι όσο φυσιολογική όσο η χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος. Θα παράγεται και θα μεταδίδεται χωρίς να είναι ορατή για τον χρήστη, ο οποίος απλώς θα συνδέει τη συσκευή του». Με την προσέγγιση του uplink, οι κβαντικές συσκευές αναμένεται να συνδέονται σε μια «πηγή διεμπλοκής», όπως ακριβώς συνδέουμε μια συσκευή στο ρεύμα.
Τα επόμενα βήματα της έρευνας
Η ερευνητική ομάδα εξετάζει ήδη τα επόμενα βήματα για την επαλήθευση των υποθέσεών της σε πραγματικές συνθήκες. Οι αρχικές δοκιμές πρόκειται να διεξαχθούν με τη βοήθεια drones ή δεκτών τοποθετημένων σε αερόστατα που πετούν σε μεγάλα υψόμετρα. Αν οι δοκιμές αποδειχθούν επιτυχείς, θα ανοίξει ο δρόμος για την ανάπτυξη μικρών δορυφόρων σε χαμηλή τροχιά που θα μπορέσουν να καλύψουν τον πλανήτη με ένα αποτελεσματικό δίκτυο κβαντικής επικοινωνίας.
Η συνεργασία μεταξύ των τμημάτων Μηχανικής, Πληροφορικής και Επιστημών του UTS αποδεικνύει την αξία της διεπιστημονικής προσέγγισης στην επίλυση τεχνολογικών προκλήσεων. Στον ταχύτατα εξελισσόμενο κόσμο της τεχνολογίας, αυτή η ανακάλυψη δεν είναι απλώς μια θεωρητική επιτυχία, αλλά και ένα πρακτικό σχέδιο για το διαδίκτυο του μέλλοντος.
