{"id":539,"date":"2024-05-15T02:11:06","date_gmt":"2024-05-15T00:11:06","guid":{"rendered":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/?p=539"},"modified":"2024-05-15T02:11:06","modified_gmt":"2024-05-15T00:11:06","slug":"kvantehukommelse-internettet-kan-faa-kvantefart-med-lys-gemt-som-lyd","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/videnskab\/kvantehukommelse-internettet-kan-faa-kvantefart-med-lys-gemt-som-lyd\/539\/","title":{"rendered":"Kvantehukommelse: Internettet kan f\u00e5 kvantefart med lys gemt som lyd"},"content":{"rendered":"

Under Niels Bohrs gamle arbejdskontor findes en k\u00e6lder, hvor spredte borde st\u00e5r fyldt med sm\u00e5 spejle, lasere og alverdens apparater flettet sammen af ledninger og masser af tape. Det ligner lidt et projekt, som for\u00e6ldre forg\u00e6ves fors\u00f8ger at f\u00e5 deres b\u00f8rn til selv at rydde op.<\/p>\n

N\u00e5r det, for det utr\u00e6nede \u00f8je, kan v\u00e6re sv\u00e6rt at gennemskue at disse borde i stedet gemmer p\u00e5 en r\u00e6kke verdensf\u00f8rende forskningsprojekter, s\u00e5 er det fordi \u201ddet vigtige\u201d sker i en verden s\u00e5 mikroskopisk, at end ikke Newtons naturlove kan n\u00e5 den. Det er her Niels Bohrs kvantefysiske arvtagere udvikler de nyeste kvanteteknologier.<\/p>\n

Et af projekterne skiller sig ud ved den \u2013 i hvert fald for fysikere – utrolige detalje at kvantetilstanden bliver opn\u00e5et af en dims, der er synlig med det blotte \u00f8je. Kvantetrommen er en lille membran lavet af et keramisk, glas-agtigt materiale med huller spredt i et sirligt m\u00f8nster langs kanterne.<\/p>\n

N\u00e5r trommen med slaget fra et laserlys s\u00e6ttes i gang med at vibrere, s\u00e5 er den i stand til at g\u00f8re det s\u00e5 hurtigt og uforstyrret, at kvantemekanikken kommer i spil. Den egenskab har for l\u00e6ngst v\u00e6kket opsigt ved at \u00e5bne for en r\u00e6kke kvanteteknologiske muligheder.<\/p>\n

Nu har et samarbejde p\u00e5 tv\u00e6rs af instituttets kvanteomr\u00e5der vist at trommen ogs\u00e5 kan f\u00e5 en n\u00f8glerolle i fremtidens netv\u00e6rk af kvantecomputere. Som en slags moderne alkymister, har forskerne skabt en ny form for \u201dkvantehukommelse\u201d ved at oms\u00e6tte lyssignaler til lydvibrationer.<\/p>\n

I en forskningsartikel, der netop er publiceret, har forskerne bevist, at kvantedata fra en kvantecomputer, der sendes afsted som lyssignaler – fx i et fiberoptisk kabel som hurtige internetforbindelser allerede bruger i dag \u2013 kan gemmes som vibrationer i trommen og videresendes.<\/p>\n

Fra tidligere eksperimenter kender forskerne membranens evner til at forblive i den ellers skr\u00f8belige kvantetilstand, og de mener p\u00e5 den baggrund, at trommen b\u00f8r kunne modtage og videresende kvantedataet uden det \u201ddekoh\u00e6rerer\u201d, dvs mister sin kvantetilstand, n\u00e5r kvantecomputerne st\u00e5r klar.<\/p>\n

\u201dDet \u00e5bner for store perspektiver den dag kvantecomputere for alvor kan det, som vi forventer de kommer til. Kvantehukommelse bliver efter alt at d\u00f8mme fundamental for at sende kvanteinformationer over afstand. S\u00e5 det vi har udviklet er en afg\u00f8rende brik i selve grundlaget for et fremtidigt internet med kvantefart og kvantesikkerhed,\u201d siger postdoc Mads Bjerregaard Kristensen fra Niels Bohr Institutet, som er f\u00f8rsteforfatter til den nye forskningsartikel.<\/p>\n

\"\"
Mads Bjerregaard Kristensen er hovedkraften bag den nye forskning. Foto: K\u00f8benhavns Universitet<\/figcaption><\/figure>\n

Ultra hurtigt, ultra sikkert<\/h3>\n

Skal man sende informationer mellem to kvantecomputere over en vis afstand – eller mange i et kvanteinternet – s\u00e5 vil signalet hurtigt blive overd\u00f8vet af st\u00f8j. M\u00e6ngden af st\u00f8j i et lyskabel stiger nemlig eksponentielt jo l\u00e6ngere kablet er og til sidst kan data ikke l\u00e6ngere afkodes.<\/p>\n

Det klassiske internet og andre st\u00f8rre computernetv\u00e6rk l\u00f8ser dette st\u00f8jproblem ved at forst\u00e6rke signalet i nogle sm\u00e5 stationer undervejs p\u00e5 rejsen, men skal kvantecomputere g\u00f8re brug af den metode, s\u00e5 m\u00e5 de f\u00f8rst overs\u00e6tte dataet til almindelig bin\u00e6re talsystemer, som dem en almindelig computer bruger.<\/p>\n

Men det dur ikke. Netv\u00e6rket ville blive langsomt, og man ville samtidigt risikere at blive udsat for hackerangreb, fordi klassisk databeskyttelse har d\u00e5rlige odds i en fremtid med kvantecomputere.<\/p>\n

\u201dVi h\u00e5ber i stedet kvantetrommen vil kunne overtage den opgave. Den har vist sig meget lovende, fordi den er super velegnet til at modtage og gensende signaler fra en kvantecomputer. S\u00e5 m\u00e5let er at en forbindelse mellem kvantecomputere kan forl\u00e6nges af stationer, hvor kvantetrommer modtager og gensender signalerne, og p\u00e5 den m\u00e5de undg\u00e5r st\u00f8jen, mens data forbliver i kvantetilstand,\u201d siger Mads Bjerregaard Kristensen og forts\u00e6tter:<\/p>\n

\u201dP\u00e5 den m\u00e5de vil kvantecomputernes hastigheder og fordele fx i forhold til visse komplekse beregninger udvides til ogs\u00e5 at g\u00e6lde i netv\u00e6rk og internet, da de netop bliver opn\u00e5et ved udnytte egenskaber som superposition og sammenfiltring, der kun findes i kvantetilstande,\u201d siger han.<\/p>\n

Lykkes det vil stationerne ogs\u00e5 kunne forl\u00e6nge kvantesikrede forbindelser, hvis kvantekoder trommen ogs\u00e5 vil kunne forl\u00e6nge. De sikre signaler ville s\u00e5ledes kunne sendes over afstande, rundt i et kvantenetv\u00e6rk eller over Atlanten i et fremtidens kvanteinternet.<\/p>\n

\"\"
Setuppet med kvantetrommen, der modtager informationer i laserlys. Foto: K\u00f8benhavns Universitet<\/figcaption><\/figure>\n

Fleksibel og praktisk \u2013 m\u00e5ske banebrydende som kvante-RAM<\/h3>\n

Der forskes andre steder i et alternativ, hvor en datab\u00e6rende lyskilde rettes mod et atomsystem og midlertidigt forskyder elektronerne i atomet, men metoden har sine begr\u00e6nsninger.<\/p>\n

\u201dDer er gr\u00e6nser for, hvad man kan g\u00f8re ved et atomsystem, fordi vi ikke selv kan designe atomer eller frekvensen af det lys, de kan interagere med. I vores relativt \u201dstore\u201d mekaniske system er der mere fleksibilitet. Vi kan fifle med det og justere, s\u00e5 hvis nye opdagelser \u00e6ndrer spillereglerne, er der gode chancer for at kvantetrommen kan tilpasses,\u201d forklarer professor Albert Schliesser, der er medforfatter til forskningsartiklen.<\/p>\n

\u201dP\u00e5 godt og ondt er det i h\u00f8jere grad vores evner som forskere, der s\u00e6tter gr\u00e6nserne for, hvor optimalt det fungerer\u201d, pointerer han.<\/p>\n

Trommen er det seneste og mest seri\u00f8se bud p\u00e5 en mekanisk kvantehukommelse, fordi den kombinerer en r\u00e6kke egenskaber: Trommen har lavt signaltab \u2013 dvs datasignalets styrke bevares godt. Den har ogs\u00e5 den store fordel, at den kan h\u00e5ndtere alle lysfrekvenser, ogs\u00e5 den frekvens, som bruges i de fiberoptiske lyskabler, som det moderne internet er baseret p\u00e5.<\/p>\n

Kvantetrommen er ogs\u00e5 praktisk, fordi lagring og l\u00e6sning af data kan ske n\u00e5r som helst, behovet er der. Og s\u00e5 g\u00f8r den rekordlange hukommelsestid p\u00e5 23 millisekunder, som forskerne allerede har opn\u00e5et, det langt mere sandsynligt, at teknologien en dag kan blive en byggesten til systemer af kvantenetv\u00e6rk og til hardware inde selve kvantecomputeren.<\/p>\n

\u201dVi er tidligt ude med den her forskning. Kvanteberegning og -kommunikation er stadig i en tidlig udviklingsfase, men med den hukommelse, som vi har opn\u00e5et, kan man spekulere i, om kvantetrommen en dag vil bruges som en slags kvante-RAM, det vil sige en midlertidige hukommelse for kvanteinformation. Det ville v\u00e6re banebrydende,\u201d siger professoren.<\/p>\n

Fakta: S\u00e5dan fungerer det<\/h3>\n

Inden det datab\u00e6rende lyssignal rammer kvantetrommens membran, s\u00f8rger en \u201dhj\u00e6lpelaser\u201d f\u00f8rst for at membranens naturlige vibrationer, som kommer fra omgivelserne kommer under kontrol. Den stabiliserer membranen med et slag p\u00e5 trommen i lige pr\u00e6cis den frekvens, den bedst kan lide. Det kaldes resonans.<\/p>\n

N\u00e5r trommen resonerer med hj\u00e6lpelaseren, er den meget f\u00f8lsom – og det g\u00f8r den blandt andet i stand til at registrere det signal, som er gemt det datab\u00e6rende lys med kvantepr\u00e6cision.<\/p>\n

N\u00e5r datalyset rammer bliver dets signal en del af trommens vibrationer, og der kan de stabilt bevares i en slags lydhukommelse, inden det sendes videre i en tredje laser, som skydes mod trommen og spejles videre ud i et kabel med data fra det oprindelige lyssignal kodet ind.<\/p>\n

Fakta: Computere og kvantedata<\/h3>\n

En klassisk computer fungerer p\u00e5 samme m\u00e5de som et stort netv\u00e6rk af kontakter, der kan v\u00e6re enten t\u00e6ndte eller slukkede. Systemerne kaldes bin\u00e6re p\u00e5 grund af de to tilstande, som udg\u00f8r grundlaget for de beregninger, computeren udf\u00f8rer. Som perler p\u00e5 en kugleramme, former de t\u00e6ndte og slukkede kontakter m\u00f8nstre i bin\u00e6re koder.<\/p>\n

En kvantecomputer udf\u00f8rer beregninger med hj\u00e6lp fra kvantemekanikken, og udnytter at dens \u201dkvantekontakter\u201d – eller qubits, kan v\u00e6re i kvantetilstande, blandt andet superposition, hvor de er b\u00e5de t\u00e6ndte og slukkede p\u00e5 samme tid. Det tillader kvantecomputeren at h\u00e5ndtere store m\u00e6ngder information hurtigt p\u00e5 en m\u00e5de, som klassiske computere ikke kan.<\/p>\n

Kvantedata sendt med lyssignaler kan bibeholde sin kvantetilstand, s\u00e5 l\u00e6nge den er tilstr\u00e6kkeligt uforstyrret, og Niels Bohr Institutets kvantetromme kan modtage signalerne og videresende dem uden at dette sker.<\/p>\n

Fakta: Kvantesikrede forbindelser<\/h3>\n

Metoden g\u00e5r ud p\u00e5 at sende qubits af kvantedata i et ultrakort lyssignal: Et par sammenfiltrede photoner, der kan bruges skabe koder, som er praktisk talt ubrydelige.<\/p>\n

S\u00e5danne forbindelser sikrer ogs\u00e5, at fors\u00f8g p\u00e5 at hacke sig adgang bliver afsl\u00f8ret, fordi en kvantelov siger, at n\u00e5r noget observeres, s\u00e5 \u00e6ndrer det sig.<\/p>\n

Fakta: Superposition og sammenfiltring<\/h3>\n

Naturens regelbog er anderledes i den kvantemekaniske verden. To tilstande fejer den almindelige verdens begr\u00e6nsninger af banen og giver kvantecomputere utrolige kr\u00e6fter.<\/p>\n

Superposition: I kvantemekanikken tillader superposition at en partikel kan v\u00e6re i flere tilstande samtidigt, indtil det observeres. Fx kan en kvantebit (qubit) v\u00e6re b\u00e5de 0 og 1 p\u00e5 samme tid, indtil den m\u00e5les og kollapser til en bestemt tilstand. Qubits udnytter superposition til at udf\u00f8re flere beregninger parallelt.<\/p>\n

Sammenfiltring: Einstein kaldte det \u201dspooky action at a distance\u201d. To eller flere sammenfiltrede partiklers tilstande h\u00e6nger t\u00e6t sammen. En \u00e6ndring af tilstanden af en partikel vil \u00f8jeblikkeligt p\u00e5virke tilstanden af de partikler den er sammenfiltret med, uanset afstanden. Det en denne egenskab, der g\u00f8r det muligt at skabe sikre forbindelser vha koder, der ikke kan afkodes uden en sammenfiltret partikel som n\u00f8gle. Tilstanden \u00e5bner desuden for udviklingen af kvanteteleportation, hvor informationen kan overf\u00f8res uden direkte overf\u00f8rsel af partikler.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Forskere ved Niels Bohr Institutet p\u00e5 K\u00f8benhavns Universitet har udviklet en ny m\u00e5de at skabe s\u00e5kaldt kvantehukommelse: En lille tromme kan gemme data sendt med lys i dens lydvibrationer, for siden at sende data videre med nye lyskilder, n\u00e5r det igen skal bruges.<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":541,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jnews-multi-image_gallery":[],"jnews_single_post":{"source_name":"","source_url":"","via_name":"","via_url":"","override_template":"0","override":[{"template":"7","single_blog_custom":"","parallax":"1","fullscreen":"0","layout":"no-sidebar-narrow","sidebar":"default-sidebar","second_sidebar":"default-sidebar","sticky_sidebar":"1","share_position":"hide","share_float_style":"share-normal","show_share_counter":"1","show_view_counter":"1","show_featured":"1","show_post_meta":"1","show_post_author":"1","show_post_author_image":"1","show_post_date":"1","post_date_format":"default","post_date_format_custom":"Y\/m\/d","show_post_category":"1","show_post_reading_time":"1","post_reading_time_wpm":"300","show_zoom_button":"0","zoom_button_out_step":"2","zoom_button_in_step":"3","show_post_tag":"1","show_prev_next_post":"0","show_popup_post":"0","number_popup_post":"2","show_author_box":"0","show_post_related":"1","show_inline_post_related":"0"}],"override_image_size":"0","image_override":[{"single_post_thumbnail_size":"no-crop","single_post_gallery_size":"crop-715"}],"trending_post":"0","trending_post_position":"meta","trending_post_label":"Trending","sponsored_post":"0","sponsored_post_label":"Sponsored by","sponsored_post_name":"","sponsored_post_url":"","sponsored_post_logo_enable":"0","sponsored_post_logo":"","sponsored_post_desc":"","disable_ad":"0"},"jnews_primary_category":{"id":"","hide":""},"footnotes":""},"categories":[93],"tags":[],"class_list":["post-539","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-videnskab"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/539","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=539"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/539\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/media\/541"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=539"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=539"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.netavisen.dk\/da-dk\/nyheder\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=539"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}