Ačkoliv jednotlivé kvantové komponenty již byly na čipu integrovány dříve, teprve nyní se výzkumníkům podařilo spojit konkrétní sadu schopností do jednoho funkčního celku. Jak uvádí vedoucí autor studie Joseph Lukens, právě tato kombinace činí čip jedinečným. Není to jen laboratorní hříčka – čip je navržen tak, aby se dal vyrábět ve velkém a se standardizovanými parametry. To znamená, že kvantové technologie by se mohly konečně vymanit ze světa experimentů a dostat do běžné infrastruktury.

Čip zvládá generovat kvantově provázané dvojice qubitů – jednotek kvantové informace – a to napříč širokým spektrem vlnových délek. Použitá technika polarizační provázanosti umožňuje, aby se informace kódovala do směru vibrací světelné vlny. Tyto kvantové bity mohou být následně posílány běžnými optickými vlákny – stejnými, jaká používá dnešní internet. To znamená, že kvantový internet by se mohl rozvíjet bez nutnosti kompletní přestavby infrastruktury.

Z laboratoře do reálného světa

Praktická přenositelnost je jedním z největších přínosů nového čipu. Doteď byly kvantové experimenty závislé na složitých optických sestavách rozmístěných na stolech v laboratořích. Díky této technologii by však vše mohlo probíhat na jediném čipu, který se zasune do síťového zařízení stejně jako dnes třeba transceiver. „Pokud zvládneme čip vyrábět ve velkém a každý bude mít potřebné komponenty pro generování kvantové provázanosti, pak stačí jen zapojit čip do sítě a nemusíte se starat o speciální optické součástky,“ říká Alexander Miloshevsky z ORNL.

Zdroj: Shutterstock

Uvnitř čipu se nachází komponenty jako mikrokružnicový rezonátor, který generuje kvantově provázané fotony, nebo polarizační rozdělovače, které rozdělují světlo podle jeho polarizace do různých směrů. To všechno dohromady vytváří prostředí pro širokopásmovou polarizační provázanost, která je považována za klíčový krok k praktickému kvantovému propojení.

Rekordní výkon a potenciál hyperprovázanosti

Výsledky testování jsou působivé. Čip zvládl najednou více než 116 odlišných kanálů – tedy „barev“ světla – pro kvantový přenos. Většina z těchto kanálů dosahovala vysoké kvality provázanosti, což představuje nový rekord v oblasti integrované kvantové fotoniky.

Ale tím ambice výzkumníků nekončí. Použitá metoda generace fotonových párů umožňuje rozšíření systému směrem k tzv. hyperprovázanosti, kdy jsou qubity provázány v několika dimenzích zároveň – například podle barvy i polarizace. V praxi to znamená mnohem větší informační kapacitu. Jak to popsal Lukens, představte si dvojici multifunkčních kostek, které i při náhodném hodu dávají vždy stejné výsledky – a teď si představte, že máte těchto dvojic hned několik. To je síla hyperprovázanosti.

Kvantový internet: Už nejen teorie

Kvantový internet se léta držel na pomezí vědy a sci-fi. Teoretické koncepty a laboratorní pokusy dokazovaly, že je možný, ale chybělo něco konkrétního, škálovatelného a prakticky použitelného. Tento čip však přináší právě ten druh průlomu, který by mohl celou oblast posunout z akademických kruhů do reálného světa. A co víc – díky kompatibilitě s běžnou telekomunikační infrastrukturou by kvantový internet mohl vyrůst na základech toho současného.