Internettet kan få kvantefart med lys gemt som lyd

Forskere ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet har udviklet en ny måde at skabe såkaldt kvantehukommelse. En lille tromme kan gemme data sendt med lys i dens lydvibrationer, for siden at sende data videre med nye lyskilder, når det igen skal bruges.

Forskerne mener at trommen kan være vejen frem for et ultrasikkert internet med utrolige hastigheder.

I den nye kvantehukommelse opnås kvantetilstanden af en dims, der kaldes en kvantetromme. Det er en lille membran lavet af et keramisk, glasagtigt materiale med huller spredt i et sirligt mønster langs kanterne.

Når trommen med slaget fra et laserlys sættes i gang med at vibrere, så er den i stand til at gøre det så hurtigt og uforstyrret, at kvantemekanikken kommer i spil. I en forskningsartikel, der netop er publiceret, har forskerne bevist, at kvantedata fra en kvantecomputer, der sendes afsted som lyssignaler – for eksempel i et fiberoptisk kabel som hurtige internetforbindelser allerede bruger i dag – kan gemmes som vibrationer i trommen og videresendes.

– Det åbner for store perspektiver den dag kvantecomputere for alvor kan det, som vi forventer de kommer til. Kvantehukommelse bliver efter alt at dømme fundamental for at sende kvanteinformationer over afstand. Det vi har udviklet, er en afgørende brik i selve grundlaget for et fremtidigt internet med kvantefart og kvantesikkerhed, siger postdoc Mads Bjerregaard Kristensen fra Niels Bohr Institutet, som er førsteforfatter til den nye forskningsartikel.

Ultra hurtigt, ultra sikkert

Skal man sende informationer mellem to kvantecomputere over en vis afstand, vil signalet hurtigt blive overdøvet af støj. Mængden af støj i et lyskabel stiger nemlig eksponentielt jo længere kablet er. Til sidst kan data ikke længere afkodes.

Det klassiske internet løser dette støjproblem ved at forstærke signalet i nogle små stationer undervejs på rejsen.

Men skal kvantecomputere gøre brug af den metode, må de først oversætte data til almindelig binære talsystemer, og det er ikke optimalt. Netværket ville blive langsomt, og vil samtidig blive sårbart for hackerangreb. Her kommer den nye kvantehukommelse ind.

– Vi håber i stedet kvantetrommen vil kunne overtage den opgave. Den er super velegnet til at modtage og gensende signaler fra en kvantecomputer. Så målet er at en forbindelse mellem kvantecomputere kan forlænges af stationer, hvor kvantetrommer modtager og gensender signalerne, og på den måde undgår støjen, mens data forbliver i kvantetilstand, siger Mads Bjerregaard Kristensen.

Lykkes det vil stationerne også kunne forlænge kvantesikrede forbindelser, hvis kvantekoder trommen også vil kunne forlænge. De sikre signaler ville således kunne sendes over afstande, rundt i et kvantenetværk eller over Atlanten i et fremtidens kvanteinternet.

– Vi er tidligt ude med den her forskning. Kvanteberegning og -kommunikation er stadig i en tidlig udviklingsfase. Men man kan spekulere i, om kvantetrommen en dag vil bruges som en slags kvante-RAM, det vil sige en midlertidige hukommelse for kvanteinformation. Det ville være banebrydende, siger professoren.

Hele forskningsartiklen kan læses her.

Internettet kan få kvantefart med lys gemt som lyd