Ny opfindelse holder kvantebits stabile ved stuetemperatur

I takt med at mange af vores private oplysninger bliver digitaliseret, er det i stigende grad nødvendigt, at vi finder måder at beskytte vores data og privatliv mod at blive hacket. Og her ser forskere kvantekryptografi som fremtidens sikre kommunikationsform – mere specifikt er der tale om en særlig type kvantebit, der består af lyspartikler.

Kvantebits baseret på lyspartikler er nemlig ekstremt svære at hacke. Men for at de kan have en stabil energiladning og fungere optimalt, har de hidtil skulle opbevares i temperaturer helt ned til minus 270 grader – en nedkøling, der kræver store mængder af strøm og ressourcer.

Men i et nyt studie demonstrerer forskere fra Københavns Universitet en ny metode til at opbevare denne type kvantebits ved stuetemperatur i hundrede gange længere tid, end det før har været muligt.

”Vi har udviklet en særlig belægning til vores hukommelseschip, som gør, at de her kvantebits forbliver identiske og stabile, mens de befinder sig i stuetemperatur. Derudover gør den nye metode os i stand til at opbevare de her kvantebits i millisekunder frem for mikrosekunder, hvilket ikke er set før. Vi er meget begejstrede,” lyder det fra Eugene Simon Polzik, der er professor i kvanteoptik på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

Den nye opfindelse gør det lettere at opbevare kvantebits uden store frysere, som er besværlige at bruge og kræver en masse strøm. Samtidig er den nye metode billigere og mere forenelig med fremtidens industri. 

”Fordelen ved at opbevare kvantebits i stuetemperatur er, at det ikke kræver flydende helium eller komplekse nedkølende laser-systemer. Derudover er det en meget mere simpel teknologi, der lettere kan blive implementeret i fremtidens kvanteinternet,” siger Karsten Dideriksen, der er ph.d.-studerende på KU og også har bidraget til den nye metode.

En særlig belægning stabiliserer kvantebits

Hidtil har for høje temperaturer forstyrret energien i hver enkelt kvantebit.

”Inden i vores hukommelseschips flyver tusinvis af atomer rundt og udleder lyspartikler, der altså er hovedbestanddelen i de omtalte kvantebits. Når atomerne bliver udsat for varme, øger de hastigheden og kolliderer med hinanden eller væggene i chippen. Det gør, at de udleder lyspartikler, der er meget forskellige fra hinanden. Men vi har brug for, at de er helt ens for at kunne bruge dem til fremtidens sikre kommunikation,” forklarer Eugene Polzik og tilføjer:

”Derfor har vi udviklet denne metode, der beskytter atomerne i hukommelseschippen. Den særlige belægning i chippen består af paraffin, som har en voksagtig struktur og gør, at atomerne lander blødt, når de støder ind i chippens vægge. Det medfører, at de her lys-baserede kvantebits bliver ens og stabile. Derudover har vi også brugt nogle særlige filtre til at sikre, at kun de identiske kvantebits bliver udledt fra hukommelseschippen”.

Selvom den nye opfindelse er et gennembrud inden for kvanteforskning, er der stadig problemer, der skal løses.

”Lige nu kan vi kun producere kvantebits baseret på lyspartikler i et langsomt tempo – en partikel per sekund. Til sammenligning kan de nedkølede fryser-systemer producere millioner i det samme tidsrum. Men vi mener, at der er vigtige fordele ved vores nye teknik, og at vi kan finde en løsning på udfordringen med tiden,” slutter Eugene Polzik.

Læs om kvanteforskning på SCIENCE