Souhrn
Kvantové technologie dosahují zásadního pokroku směrem k reálným aplikacím, a fotonika se ukazuje jako klíčová platforma pro jejich škálování a propojení. Výzkum v oblasti kvantových zdrojů světla, fotonických obvodů a detektorů jednotlivých fotonů urychluje vývoj v kvantovém počítání, komunikaci i metrologii.
Klíčové body
- Fotonika umožňuje propojení distribuovaných kvantových počítačů a sítí.
- Optická vlákna již dnes podporují krátkodosahové komerční kvantové komunikační systémy.
- Satelitní distribuce kvantových klíčů naznačuje cestu k globální kvantově zabezpečené infrastruktuře.
- Snížení ztrát fotonů je kritické pro budování chybově odolných kvantových systémů.
- Využití provázaných fotonů v metrologii může překonat klasické limity přesnosti měření.
Podrobnosti
Fotonické systémy se stávají nezbytnou součástí kvantové infrastruktury, zejména díky své schopnosti přenášet kvantovou informaci na velké vzdálenosti s minimálním rušením. V článku publikovaném v Nature Materials autoři Hui Wang a kolektiv shrnují pokroky v klíčových komponentech: kvantových zdrojích světla (například na bázi kvantových teček nebo atomárních center v diamantu), integrovaných fotonických obvodech a detektorech jednotlivých fotonů s vysokou účinností. Tyto technologie jsou základem pro kvantovou kryptografii, kde se dnes již komerčně nasazují systémy QKD (Quantum Key Distribution) v optických sítích. Satelitní experimenty, jako je čínská mise Micius, ukazují možnost globálního rozšíření těchto sítí.
V kvantovém počítání je hlavní výzvou fotonová ztráta, která komplikuje implementaci chybové korekce. Výzkum se proto zaměřuje na tzv. ztrátově odolné kódování (loss-tolerant encoding) a kvantové opakovače, které by umožnily udržet kvantovou koherenci při přenosu. V metrologii pak provázané fotony slibují zvýšení citlivosti senzorů pro aplikace v medicíně, geodézii nebo detekci gravitačních vln.
Proč je to důležité
Fotonika není sice hlavní platformou pro samotné kvantové procesory (tam dominují supravodivé qubity nebo iontové pasti), ale je nezbytná pro jejich propojení do škálovatelných a distribuovaných systémů. Bez optického přenosu kvantové informace není možné vytvořit kvantový internet ani propojit více kvantových čipů do jednoho výkonného celku. Tento směr výzkumu je proto strategicky klíčový pro dosažení praktické kvantové převahy – stavu, kdy kvantové systémy předčí klasické počítače v reálných úlohách. Vzhledem k intenzivní globální soutěži mezi státy i technologickými firmami o kvantovou dominanci má tento vývoj zásadní geoeconomický význam.
Zdroj: 📰 Nature.com