Inženjeri sa Sveučilišta Princeton identificirali su novi kvantni učinak poznat kao "hibridna topologija" u kristalnom materijalu napravljenom od atoma arsena. Implikacije otkrića predstavljenog u časopisu Nature doista su značajne.

Jedinstvena topologija arsena

Naime, topološki materijali hvaljeni su zbog svojih jedinstvenih svojstava. Oni, između ostalog, djeluju kao izolatori unutar svoje mase dok dopuštaju vodljivost duž svojih rubova ili površina. A to znači da elektroni mogu teći neometano, što pak može potaknuti revoluciju u kvantnoj informacijskoj znanosti i kvantnom računalstvu.

Na Princetonu predviđaju da arsen i njegova jedinstvena topologija mogu poslužiti kao nova platforma za razvoj novih topoloških materijala i kvantnih uređaja koji trenutno nisu dostupni na postojećim platformama.

Integrirani komunikacijski sustavi

Novi iskorak podsjetio je na uspjeh Princetonovih istraživača koji su nedavno otkrili i revolucionarnu metodu za uspostavljanje veza između kvantnih uređaja na velikim udaljenostima. Riječ je o ključnom napretku, važnom za evoluciju industrije kvantnog računalstva prema integriranim komunikacijskim sustavima.

Naime, kako je objašnjeno u studiji u časopisu Nature, za razliku od konvencionalnih podatkovnih signala koji se mogu pojačati i prenijeti preko velikih prostranstava, kvantni signali nailaze na jasno ograničenje: oni se ne mogu jednostavno pojačati nego zahtijevaju zamršeniji proces koji uključuje intervale prekida, replikacije i prijenosa kroz kvantne repetitore.

Nova tehnika prijenosa signala

Na Princetonu su nakon godina eksperimentiranja osmislili potpuno novu tehniku prijenosa signala. Odstupajući od postojećih dizajna kvantnih repetitora koji emitiraju svjetlost u vidljivom spektru, oslonili su se na jedinstveni ion rijetkog zemnog elementa ugrađen u kristal. Važno je da ovaj ion emitira svjetlost na optimalnoj infracrvenoj valnoj duljini, što ukida potrebu za pretvorbom signala. To pak omogućava izradu jednostavnijih i otpornijih mreža.

Uređaj se sastoji od dvije komponente: kristala kalcijevog volframata prožetog malom količinom erbijevih iona i sićušnog segmenta ugraviranog silicija, konfiguriranog u kanalu u obliku slova J. Pod utjecajem lasera, ion emitira svjetlost kroz kristal dok silicij na vrhu kristala hvata i usmjerava pojedinačne fotone u optički kabel.

Ključna prekretnica

Sveobuhvatni cilj podrazumijeva kodiranje ovog fotona informacijama koje potječu iz iona, odnosno spina. Unutar područja kvantnog repetitora, amalgamiranje i križanje signala iz udaljenih čvorova kulminira stvaranjem isprepletenosti između njihovih spinova. Ova isprepletenost olakšava prijenos kvantnih stanja s kraja na kraj unatoč neizbježnim gubicima duž putanje prijenosa.

Riječ je, kažu, o ključnoj prekretnici u razvoju kvantnih tehnologija, no istraživači tu ne misle stati. Ključnije zadatak produžiti trajanje pohrane kvantnih stanja u spinu erbijevih iona. Istovremeno, eksperimentira se i s kalcijevim volframatom kako bi se što više minimizirale nečistoće koje remete kvantna spinska stanja i tako ostvario puni potencijal kvantne komunikacije.