ஜெர்மனி வைரம்-அடிப்படையிலான குவாண்டம் இணையம் திறப்புடன் சாதனை அடைந்தது

குவாண்டம் இணையத்தின் வாக்கு மற்றும் சவால்

குவாண்டம் இணையம் இன்று உலகத்தை இணைக்கும் classic internet இலிருந்து அடிப்படையில் வேறுபட்டதாக இருக்கும். classic bits-ல் encode செய்யப்பட்ட தகவலை பரிமாற்றுவதற்கு பதிலாக, குவாண்டம் நெட்வொர்க் qubits-ல் encode செய்யப்பட்ட குவாண்டம் தகவலை distribute செய்யும், quantum entanglement இன் பண்புகளை பயன்படுத்தி classic communication இல் உடல்ரீதியாக சாத்தியமற்ற பயன்பாடுகளை செயல்படுத்தும். Quantum key distribution கோட்பாட்டளவில் முறிக்க முடியாத encryption ஐ வழங்குகிறது. Distributed quantum computing குவாண்டம் processors களை ஒரு machine ஐ விட அதிக வல்லமையுள்ள systems ஆக இணைக்க முடியும். Quantum sensors networked together classical measurement இன் வரம்புகளுக்கு அப்பாற்பட்ட உணர்திறனை அடையலாம்.

செயல்படுத்தல் சவாலாக இருந்துள்ளது. Quantum states அসாதாரணமாக fragile ஆக இருக்கும்: அளந்தால் collapse ஆகுகின்றன, environment உடன் interact செய்தால் decohere ஆகுகின்றன, மற்றும் classic repeater stations மூலம் classical internet signals ஐ தூரங்களுக்கு விரிவுசெய்ய amplify செய்ய முடியாது. சில kilometers க்கு அதிகமான தூரத்தில் entanglement பராமரிக்கக்கூடிய குவாண்டம் நெட்வொர்க்கை உருவாக்குவது கடந்த இரண்டு தசாப்தங்களில் குவாண்டம் நெட்வொர்க்கிங்கின் மையமான பொறியியல் சவாலாக இருந்துள்ளது.

ஏன் வைரம்

வைரம் ஒரு தொழில்நுட்ப பயன்பாட்டிற்கு ஒரு அசாதாரண பொருள் ஆகும், ஆனால் குவாண்டம் நெட்வொர்க்கிங்கிற்கு இது தனித்துவமான மற்றும் நன்றாக பொருத்தமான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. வைரத்தில் nitrogen-vacancy (NV) center—ஒரு nitrogen atom வைரம் lattice-ல் ஒரு vacancy க்கு அருகே உள்ளக்குவியும் crystalline defect—ஒரு குவாண்டம் system ஆக இருக்கும் இது lasers மற்றும் microwave fields பயன்படுத்தி initialize, manipulate மற்றும் read out செய்ய முடியும். Room temperature இல் operate செய்ய முடிய solid-state quantum systems க்கு இது சிறிய எண்ணிக்கையில் ஒன்றாக இருக்கும், millikelvin cooling தேவைப்படாது, இது infrastructure deployment க்கு குறிப்பிடத்தக்க practical advantage ஆக இருக்கும்.

வைரத்தில் NV centers photons உடன் entangle ஆக முடியும் மற்றும், அந்த photons மூலம், distant locations இல் உள்ள பிற NV centers உடன் entangle ஆக முடியும். அவை relatively long coherence times ஐ கொண்டுள்ளன—குவாண்டம் தகவல் microseconds அல்லது அதற்கு அதிகமாக பாதுகாக்கப்பட முடியும், இது quantum error correction protocols ஐ செயல்படுத்த போதுமான நீளம் ஆக இருக்கும். மேலும் அவை optical fibers இல் couple செய்ய முடிய wavelength range ல் single photons emit செய்கின்றன, existing fiber infrastructure உடன் compatible ஆக்குகிறது.

திறப்பு என்ன அடைந்தது

அறிவிக்கப்பட்ட திறப்பு diamond quantum nodes க்கு இடையே entanglement இன் நம்பகமான generation ஆக இருக்கும் distances மற்றும் rates ல் செயல்பட்ட quantum network segments க்கு meaningful step பிரதிநிதித்துவம் செய்கிறது. முந்தைய demonstrations NV centers க்கு இடையே entanglement அடைந்தன ஆனால் மிக குறைந்த success rates உடன்—entanglement generation க்கு இரு nodes களும் simultaneously photons ஐ emit செய்ய வேண்டும் இது central measurement station இல் வருகின்றன, மற்றும் photon emission efficiency, fiber transmission losses, மற்றும் detector efficiency இன் combination ஆக ஒரு successful entanglement event ஐ ஒரு சில minutes க்கு ஒருமுறை மாத்திரம் நிகழ முடியும்.

ஜெர்மன் team இன் advance entanglement generation rate ஐ ஒரு combination மூலம் மேம்படுத்துகிறது improved diamond sample quality—crystal defects மற்றும் strain ஐ குறைக்கும் இது NV center emission ஐ degrade செய்யும்—மற்றும் optimized optical coupling NV centers மற்றும் fiber network க்கு இடையே. Higher-quality entanglement generation, better fidelity உடன், quantum error correction protocols ஐ enable செய்கிறது shorter segments ஐ chain செய்வதன் மூலம் longer quantum network links ஐ உருவாக்க essential ஆக இருக்கும்.

குவாண்டம் நெட்வொர்க் உள்கட்டமைப்பு பாதை

ஒரு functional quantum internet க்கு individual quantum nodes மட்டுமல்ல entangle முடிய ஆனால் quantum repeaters ஆவசியம் entanglement ஐ long distances ல் நீட்டிக்க segments ல் entanglement create செய்து அந்த segments ஐ entanglement swapping operations மூலம் இணைப்பதன் மூலம். Diamond NV centers trapped ions, neutral atoms, மற்றும் silicon-based defect systems உடன் சேர்ந்து quantum repeater nodes க்கு leading candidate platforms ஆக இருக்கும்.

தற்போதைய ஆராய்ச்சி ஒரு key performance metrics சம்பந்தப்பட்டது இது ஒரு platform quantum repeaters க்கு viable என்பதை தீர்மானிக்கிறது: entanglement generation rate மற்றும் neighboring nodes க்கு இடையே fidelity. இந்த metric ஐ entanglement-swapping operations இன் multiple செயல்பட்ட முடிய level க்கு push செய்ய முடிந்தால் quantum nodes இன் coherence time க்கு உள்ளே, long-distance quantum networks feasible ஆக மாறும்.

ஜெர்மனி quantum networking research ல் leading countries க்கு இடையே ஒன்றாக இருந்துள்ளது, quantum internet testbed infrastructure மற்றும் academic-industry collaboration programs இல் significant federal investment உடன். ஆராய்ச்சி diamond NV center performance க்கு several years இன் incremental improvements க்கு அடிப்படையிலான மற்றும் அந்த program இல் ஒரு milestone பிரதிநிதித்துவம் செய்கிறது practical quantum network demonstrations க்கான timeline ஐ closer கொண்டு வருகிறது.

வணிக மற்றும் பாதுகாப்பு பொருளாய்வுகள்

Quantum networking governments மற்றும் private companies இரந்தும் substantial investment ஐ attract செய்துள்ளது, primarily security applications மூலம் driven. Quantum key distribution, most mature quantum networking application, encryption keys generate செய்கிறது இதன் security guaranteed physical laws மூலம் rather than mathematical problems இன் computational hardness. Quantum computers இன் current public-key encryption ஐ break செய்ய முடிய practical capability க்கு inch closer ஆக, quantum-secure communication strategically important ஆக மாறும்.

ID Quantique மற்றும் Toshiba உள்பட several companies metropolitan fiber networks ல் commercial QKD systems deploy செய்துள்ளன. Diamond-based quantum networking ஆராய்ச்சி ஒரு different tier aim செய்கிறது: quantum repeater technology இது quantum networking ஐ long-haul distances—hundreds க்கு thousands kilometers—national மற்றும் international quantum-secure communications infrastructure க்கு required ஐ நீட்டிக்கும்.

இந்த article Interesting Engineering மூலம் reporting இன் அடிப்படையிலான ஆக இருக்கும். original article read.