Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο έχουν αναπτύξει μια τεχνική που θα μπορούσε να επεκτείνει τις συνδέσεις κβαντικών υπολογιστών από λίγα χιλιόμετρα σε 2.000 χιλιόμετρα, φέρνοντας ένα παγκόσμιο κβαντικό διαδίκτυο πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στις 6 Νοεμβρίου 2025, στο Nature Communications, σηματοδοτεί ένα σημείο καμπής για την κβαντική δικτύωση. Προηγουμένως, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούσαν να συνδεθούν μόνο μέσω καλωδίων οπτικών ινών σε αποστάσεις που μετρώνται σε χιλιόμετρα—πολύ μικρές ακόμη και για να συνδέσουν την πανεπιστημιούπολη του Πανεπιστημίου του Σικάγο με τον Πύργο Willis στο κέντρο του Σικάγο. Η νέα προσέγγιση θεωρητικά επιτρέπει συνδέσεις που καλύπτουν την απόσταση από το Σικάγο μέχρι τη Σολτ Λέικ Σίτι.
Κατασκευάζοντας κρυστάλλους Άτομο με Άτομο
Η καινοτομία εστιάζει στον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές δημιουργούν τα κρύσταλλα που έχουν ενισχυθεί με στοιχεία σπάνιων γαιών και είναι απαραίτητα για την κβαντική συσχέτιση. Αντί για την παραδοσιακή μέθοδο Czochralski—η οποία λειώνει υλικά πάνω από τους 2.000 βαθμούς Κελσίου—ο Επίκουρος Καθηγητής Τιαν Ζονγκ και η ομάδα του χρησιμοποίησαν επιταξία με δέσμη μορίων (MBE).
«Ξεκινάμε από το μηδέν και στη συνέχεια συναρμολογούμε αυτήν τη συσκευή άτομο-άτομο», είπε ο Ζονγκ. Η τεχνική ψεκάζει λεπτά στρώματα για να κατασκευάσει κρύσταλλα στο ακριβές τελικό τους σχήμα, παρόμοια με την τρισδιάστατη εκτύπωση αντί για τη χάραξη από μεγαλύτερο μπλοκ.
Σε συνεργασία με τον ειδικό στη σύνθεση υλικών, Επίκουρο Καθηγητή Σουολόνγκ Γιάνγκ, η ομάδα προσαρμόστηκε στην MBE για να δημιουργήσει αυτά τα κβαντικά υλικά για πρώτη φορά. Το αποτέλεσμα: ο χρόνος κβαντικής συνοχής για μεμονωμένα άτομα ερβίου αυξήθηκε από 0,1 χιλιοστά του δευτερολέπτου σε πάνω από 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Σε μία περίπτωση, πέτυχαν 24 χιλιοστά του δευτερολέπτου, κάτι που θεωρητικά θα επέτρεπε συνδέσεις που εκτείνονται στα 4.000 χιλιόμετρα—η απόσταση από το Σικάγο ως την Κολομβία.
Ο Καθηγητής Ογκ Ντε Ριντμάτεν του Ινστιτούτου Φωτονικών Επιστημών, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, χαρακτήρισε την προσέγγιση «εξαιρετικά καινοτόμα», σημειώνοντας ότι «προσφέρει μια ενδιαφέρουσα, κλιμακούμενη προοπτική για την παραγωγή πολλών συνδεδεμένων qubit με ελεγχόμενο τρόπο».
Ο Ζονγκ, που πρόσφατα έλαβε το αξιόλογο βραβείο Sturge για αυτήν τη δουλειά, είπε ότι η εξέλιξη σημαίνει «για πρώτη φορά, η τεχνολογία για την κατασκευή ενός κβαντικού διαδικτύου παγκόσμιας κλίμακας είναι πλέον εφικτή».
Η ομάδα τώρα δοκιμάζει αν η αυξημένη συνοχή επιτρέπει πραγματικές συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων. Σκοπεύουν να συνδέσουν qubit σε ξεχωριστά ψυγεία αραίωσης μέσω 1.000 χιλιομέτρων τυλιγμένου καλωδίου μέσα στο εργαστήριο του Ζονγκ πριν επιχειρήσουν ανάπτυξη στον πραγματικό κόσμο.
