Tworzenie kwantowego internetu

AUTOMATYCZNA TRANSKRYPCJA PODCASTU

Rozwiń » Dzień, dobry państwu. Witamy w audycji Homo science.
Przy mikrofonie Aleksandra Stanisławska.
Piotr Stanisławski kryzi nauka PL.
I są z nami 2 goście dr Michał Karpiński i dr Filip Sośnicki obaj z laboratorium fotoniki kwantowej wydziału fizyki Uniwersytetu Warszawskiego dr Karpiński jest kierownikiem tego laboratorium. Dzień dobry pana, dzień dobry i porozmawiamy dziś o trudnych pojęciach o trudnych terminach, a przy okazji o fantastycznych osiągnięciach polskich naukowców właśnie w tej dziedzinie chodzi o internet kwantowy, a konkretnie o soczewki czasowe opracowane właśnie w tym laboratorium, fotoniki kwantowej, które to soczewki czasowe są elementem zupełnie nowej metody przesyłania informacji. No właśnie, co to jest ten internet kwantowy, co to jest informacja kwantowa, bo to są te terminy, od których, jakby wychodzi całość działań, które panowie podejmują.
Więc informacja kwantowa to jest w tej chwili wcześniewcki. To jest pewne rozszerzenie informacji klasycznych, które obecnie używamy do opisu do obliczeń np. jest to informacja klasyczną. Mamy po taka podstawowa jednostka informacji klasycznej. To jest BiT, czyli 0 lub Jedynka natomiast informacji kwantowej mamy całe wszystkie możliwości pomiędzy zerem jedynką włącznie oczywiście sam zerem jedynką, w związku, z czym sama informacja k kwotowa jest jakby trochę takim większym konceptem, która wynika bezpośrednio z praw fizyki, która pozwala nam np. przeprowadzenie obliczeń kwantowych. Oczywiście już wtedy, które mogą być dużo dużo szybsze niż komputery klasyczne są takie pewne algorytmy, które jesteśmy w stanie przeprowadzić, używając komputera kwantek do dużo szybciej niż w komputerze kwantory, które byśmy Super komputerowi by zajęło dużo dużo czasu. Tak, to jest związane z tym, że taki BiT informacji kwantowej kupit on może być jednocześnie zerem i jedynką przynajmniej w pewnych sytuacjach, czyli równolegle sprawdzać wiele wiele możliwości obliczeniowych.
To w takim razie jak to działa skoro przy 0 lub jedynce sprawa jest prosta, czyli tak prąd płynie albo nie płynie światło w świecie albo nie świeci cokolwiek. Tak się dzieje, co jest no właśnie 0 jedynkowe, ale jak przekazać coś, co jest znaczy coś, co jest pomiędzy zerem A1, to jakby na to nie patrzeć. To brzmi jak nieskończoność. Jak to się przekazuje?
No, tutaj analogią, która jakoś tam jest związana z naszą pracą, jest może być może być kolor. Tak mamy np. akurat w przypadku koloru nie 2 rzeczy jak 0 jedynkę tylko 3 podstawowe barwy czerwoną zieloną nie niebieską. Natomiast możemy je mieszać tak i dostawać nie wiem, kolor pomarańczowy, który jest mieszanką w jakiś proporcjach tych tych bar podstawowych także to jakoś przez taką analogię można można trochę rozumieć. Nie jest to analogia, ale jest to trochę trochę podobne.
Idąc o krok dalej internet kwantowy, czym jest to pojęcie, czy to w ogóle już istnieje gdzieś i czy on po prostu jest szybszy od czy mógłby być szybszy od klasycznych łączy internetowych. Jak to wygląda obecnie.
Internet klasycznym. No pozwala na łączenie komputerów przesłanie informacji pomiędzy pomiędzy komputerami za pomocą bitów klasycznych, internet kwantowy w skali takiej jak obecnie mamy internet, on oczywiście nie istnieje. Natomiast są jakieś jakieś niewielkie sieci kwantowe eksperymentalne już już na świecie, to jest to są łącza, które umożliwiają właśnie przesyłanie informacji kwantowej, czyli tych kubiców, które jednocześnie mogą być zerem i jedynką, w szczególności one nie powinny powodować, że ten Kubit przestaje być w tym stanie superpozycji, czyli byćcia jednocześnie zerem jedynką i żeby nie stawał się się klasyczne. Także na poziomie badań naukowych ludzie próbują przesyłać informacje kwantową pomiędzy różnymi modułami i można powiedzieć, które potrafią tą informację kwantową przetwarzać.
I panowie, rozumiem są jednymi z tych ludzi, którzy to próbują robić i chyba nawet im się udaje.
My próbujemy poprawić, jak tą informację kwantową właśnie można można przesyłać, możemy mieć różne moduły, być może przyszłe podzespoły komputerów kwantowych działające na bazie różnych fizycznych. Takich materialnych obiektów, natomiast informacje pomiędzy tymi modułami prawie na pewno już wiadomo, że będzie się przesuwać zapasą światła za pomocą pojedynczych kwot. To teraz problem jest taki, że te różne moduły one dobrze oddziałują ze światłem o różnych własnościach, np. tak jak światło może mieć różne kolor. To fotony też mogą mieć różne kolor i to jest coś, co już jakoś tam zostało zbadane, to akurat trochę my się tym zajmowaliśmy, wcześniej inne inne grupy naukowe na świecie bardzo poważnie też z tym ludzie już sobie jakoś poradzili. Potrafimy zmieniać kolor pojedynczych kwotą. Natomiast my poszliśmy o krok dalej Filip, może może chcesz powiedzieć, co my poza kolei.
Tak to jest to myślimy o zmianie koloru, to jest np. jakbyśmy chcieli zmienić z nie np. z czerwonego na zielony. Natomiast drugi dalszy aspekt to jest też zakres koloru, w której obejmuje taki Foton. I to jest np. jak mamy czerwony Foton, no to wiem, że nie jest dokładnie o 1 długości fali o 1 kolorze taki monochromatyczny. On ma jakiś taki zakres tych kolorów, w związku, z czym musimy zmieniać 18 tego w tych fotonów, nie tylko przez przesuwanie takiego całego 1 koloru, ale też zmieniania zakresu tego koloru tych kolorów. W związku, z czym naszą metoda opiera się właśnie na zmianie na tym dalszym już etapie, czyli zmianie zakresu koloru, czyli jak duży np. ich mamy kolor czerwony. No to powiedzmy może nasz Foton jest od powiedzmy tego pomarańczowego do podczerwieni. On jest tak szeroki. My to mówimy widmowo, czyli ma taki zakres kolorów sobie, a my mówimy, że chcemy go zmienić do takiego, że jest ma tylko bardzo bardzo wąskie widmo czy ma tylko ten 1 czerwony kolor już nie ma tej poczerwieni. Nie ma tych pomarańczy. Wszystko jest bardzo taki bardziej monohomatyczne.
Zakres kolorów, czyli liczba kolorów, który też składają się się na nasz footom, to jest też związane z tutaj już się nie chcę wchodzić szczegóły, ale jest związane z tym, ile taki Foton to trwa fotony, można sobie wyobrażać. Przemień jest jest bardzo dużo różnych sposobów w jakiś sposób może sobie fo potem wyobrazić, ale, że to są takie bardzo słabe impulsy światła kimbl światła, w którym jest 1 Foton. I te fotony mogą być krótsze albo dłuższe to jest związane z tym, o czym mówił filii, jeśli są jeśli są krótkie, to muszą się składać z wielu kolorów, jakie jak są długie, to z 1 i te moduły przetwarzające informacje, to, których mówiłem, one albo dobrze oddziałują z fotonami, krótkimi, które są wielokolorowe albo z fotonami bardzo długimi, które są, które za to są bardziej jednokolorowe. No i myśmy stworzyli urządzenie, które pozwala zmieniać jedne fotony. W drugie tak, żeby Foton emitowane przez co się 1 moduł był dobrze absorbowany przez drugi ładudu przetwarzając informacji.
Czy dobrze rozumiem, że to jest właśnie ta soczewka czasowa, która pozwala wydłużyć czas trwania fotonu. I to jest właśnie to osiągnięcie, które, którym może się pochwalić laboratorium, w którym panowie pracują.
Soczewka czasowa jest głównym elementem naszego urządzenia, które, które pozwala te wydłużyć ten czas trwania i jednocześnie zmienić. To z jakich kolorów on się składa?
I co to jest ta soczewka czasowe, czy ona coś ma wspólnego z taką soczewką, którą my znamy, na co dzień tak taką, która no, przez którą się przypuszcza światło w danej chwili tak jest można je skupiać.
Dokładnie to jest czasowylog czasowy odpowiednik, to taki przestrzenny i soczewki taka zwykła soczewka przestrzenna, jaką znamy. To, co ona robi, to skupia światło, albo je rozprasza, a w związku, z czym jeżeli weźmiemy takie światło, które się rozchodzi w wielu kierunkach, ustawimy w piek i wiązki i soczewkę jesteśmy w stanie skupić tą wiązka albo w punkt albo w taką wiązkę, która będzie propagować cały czas nie, zmieniając szerokości, więc wynika to skupienie wynika z kształtu tej soczewki, ponieważ po prostu różne kawałki wiązki doświadczają różnej grubości szkła. W związku, z czym niektóre kawałki tej związkzki się opóźniają niektóre się przyspieszają. W związku, z czym wtedy podtrzymujemy np. kollimacje takiej idącki czy skupienie w naszym soczewce, no teraz zmiana tego opóźnienia. My to mówimy fazy jest zmiana zmienna przestrzennie, czyli, ponieważ soczewka taka skupiająca wypukła w środku naj jest grubsza, a na brzegach jest cieńsza, to środków bardziej się opóźni niż na brzegach. To co my robimy, to robimy czasowy odpowiednik tego, czyli zmieniamy w pewnym sensie opóźnienie, ale nie przestrzennie tylko w czasie, czyli jak mamy impuls optyczny, to to różne części tej tego impulsu są różnie modelowane w czasie.
Ja może jeszcze jeszcze postaram się to trochę trochę prościej opisać soczewka taka, jaką znamy, jak mamy, jak mamy w okularach, np. tak czy w mikroskopie o nas skupia światło w przestrzeni do jasnego punktu soczewka. Czasowa też skupia światło, tylko nie w przestrzeni, jeśli wpuścimy światło do soczewki czasowej, to to światło, które sygnał świet, na który jest długi w czasie. To soczewka czasowa jest kluczowym elementem, który pozwala skupić sygnał w czasie, czyli uczynić go krótszy. Chciałem jeszcze trzeba coś coś, co da jest drugiego, ale, ale to jest mniej nowatorskie, ale także także soczewka trzeba czasowe umożliwia skupianie w czasie, czyli czynienie sygnałów krótszym.
Okej, tylko ja też no pytanie tak uściślający, czy, bo hasło soczewka czasowa brzmi przepraszam, jak tytuł powieści sens fictin całkiem nie jest źle się zapowiadającej, nawet, a więc czy to jest jakiś obiekt fizyczny coś, co można wziąć do ręki? Czy to jest jakaś struktura? Nie wiem, oparta np. na nie wiem jakimś promieniowaniu elektromagnetycznym czymkolwiek. Co to jest jakby pan miał przyjść mi pokazać coczewkę czasową to, co bym zobaczył.
No u nas w laboratorium jest to ona realizowane z pomocą czegoś, to się nazywa modulator elektroptyczny. W zasadzie jest to takie pudełeczko prostopadłościnne, centymetr na ten centymetr na 10 cm wchodzi do niego światłowód, wychodzi z niego światłowód, także możemy wpuścić i puścić światło, a z boku podłącza się kabel elektryczny.
I.
Jeśli tym kablem elektrycznym podamy odpowiedni sygnał przebieg napięcia w czasie bardzo szybko zmieniający się. I zsynchronizujemy to przechodzącym długim impulsem światła. To oddziaływanie w tym urządzeniu zachodzi efekt elektrooptyczny. On powoduje taką zmianę tych tego sygnału świetlnego, że on później jeszcze jak przypuścimy tam przez 10 km światłowodu, to krótszy albo dłuższy w czasie w zależności od tego, czy czasoczewka, tak jak zwykła soczewką można skupiać albo albo rozpraszyć?
I w następnej części naszej audycji zapytamy naszych gości. I co to ma wspólnego z takimi elementami, które można spotkać np. w latarniach morskich i one tak sprytnie skupiają światło, a naszymi gośćmi są dzisiaj dr Michał Karpiński i dr Filip cośnicki z laboratorium fotoniki kwantowej wydziału fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.
Na drugą część naszej rozmowy zapraszamy po informacjach radiatokafell witamy państwa ponownie druga część audycji homosisciens i ponownie Aleksandra Stanisławska. Piotr Stanisławski krizi nauka PL.
I wciąż są z nami nasi goście dr Michał Karpiński i dr Filip Sośnicki z laboratorium fotoniki kwantowej, wydziału fizyki, Uniwersytetu Warszawskiego. Witamy ponownie.
I chcieliśmy przypomnieć państwu króciutko, co było w poprzedniej części, a mówiliśmy o badaniach dotyczących przesyłania informacji kwantowych, bo to, co przesyłamy sobie w naszym internecie, tak na co dzień, to jednak są informacje można powiedzieć 0 jedynkowe bardzo dużo bardzo szybko na raz itd. natomiast kolejnym krokiem, nad którym się pracuje już od wielu lat, są komputery kwantowe i komunikacja pomiędzy tymi komputerami, która no wymaga innych struktur innych rozwiązań, bo tam ta informacja przesyłana jest tak powiem zupełnie ma inny charakter nie ma charakteru właśnie zerojedynkowego, więc cała sztuka, żeby przesłać to dobrze szybko skutecznie jeszcze nie zepsuć po drodze i temu właśnie służą m.in. temu badania naszych dzisiejszych gości. I ostatnią część poprzednią część skończyliśmy na latarni morskiej Tola wspomniała i tak w tym miejscu zaczynamy.
Ja bym chciała dopytać, bo wiem z informacji prasowej, że to czym się zajmują nasi goście, czyli co takie urządzenie, w skład którego wchodzi soczewka czasowa, ma coś wspólnego z soczewkami montowanymi w latarniach morskich takimi soczewkami, które wszyscy kojarzymy. Doskonale znamy proszę opisać, co to za podobieństwo jest.
Pani w takich latarniach morskich stosuje się z soczewki, jest to soczewka, która potrafi być bardzo duża. Otóż, jakbyśmy chcieli zrobić bardzo dużą soczewkę, tak normalny sposób jak ją znamy i zwykłą soczewkę, czyli taka wypukła wypukiukły, kawałek szkła okazuje się, że jeżeli chcielibyśmy zrobić soczewkę, która jest bardzo bardzo szeroka, to tego szkła musimy użyć bardzo bardzo duża. W związku, z czym np. latarniach morskich, gdzie te wiązki są szerokości meta, użycie tam takiego grubego kawałka szkła jest niewykonalne, po prostu też pozacznie absorbować nie da się tego zrobić. Natomiast to, co jest ważne w takiej soczewce, ostatecznie w pewnym sensie jest ta sama krzywizna jest ta sama powierzchnia krzywizny, a w związku, z czym nie potrzebujemy tego dużego kawałka, potrzebujemy tylko to zmienną zmienne kawałki powierzchni soczewki. W związku, z czym to, co my robimy takiej przestrzennej soczate, frrenela, to to wycinamy tylko ten kawałeczek, który jest zmienny tej zmiennej powierzchni, dzięki czemu soczewka jest dużo dużo bardziej płaska jest dużo mniej szkła duże Niwa niwarzy. W związku, z czym można ją zastosować np. dotalnie.
To ja się tutaj weetne przepraszam. I powiem też, że to jest są te same soczewki, którą mogą państwo znać stylnych szyb samochodów jakiś nie wiem, dostawczaków często czy czegoś takiego, gdzie jest naklejone takie coś, co ma koncentryczne przezroczyste kółeczka. Tak to wygląda i to rzeczywiście działa jak soczewka, chociaż soczewka nie wygląda jak soczewka?
Takie soczewki, mamy też teraz takie płaskie soczewki w smartfonach. Zdarza się, że są stosowane właśnie dzięki temu, że są, że są płaskie, a potrafią tak samo skupić powierzchni. No i kluczowe tam jest taka choropowata chrobowata powierzchnia, która odzwierciedla w odpowiedni sposób kształt ta takiej zwykłej soczewki.
I co taka soczewka robi z informacją kwantową?
Informacją kwantową, to jeszcze nie do końca wiadomo, co robi, ale, ale robi coś z nośnikami informacji kwantowych, czyli z naszymi fotonami. Chcemy, żeby przesyłały informacje kwantową kubity na na duże odległości u nas ta soczewka pozwala właśnie zmienić bardzo krótki Foton w bardzo długi fotat albo na odwrót, używając na naszych modulatorów elektroptycznych, o których rozmawialiśmy wcześniej.
Czyli tam w środku w tym pudełeczku, do, bo mówił pan o tym, że z 1 strony wchodzi światłowód z drugiej strony wychodzi światłowód, czyli tamtędy przesyłamy to, co chcemy zmodyfikować, a jeszcze z boku dochodzi. Przepraszam bardzo kabelek, czyli innymi słowy impulsy elektryczne. I czy tam w środku rzeczywiście jest taka pokarbowana soczewka taka pocięta, co tak jak się palcem po niej przejedzie, to tak zrobi czy czy to właśnie? Czy to jest jakiś odpowiednik tego fizyczny? Jak to wygląda?
No nasza soczewka działa w czasie tak tak jak mówiliśmy, wcześniej także ten ogródd pod głos starcia, to raczej jakoś musiałby byćgoda czasie. Ale, ale odpowiednik tego, jaki jakiś tam jest, to znaczy pod wpływem napięcia, ten materiał, z którego zrobiony jest mogulator, to jest to jest taki kryształ nie bianolitu? Zmienia się jego współczynnik załamania trochę tak można na to patrzeć, jakby się jego grubość zmieniały teraz. Możemy robić anawak soczewki zwykłej, czyli płynnie zmieniać tą tą grubość za to bardzo tak to takna analogi do tego grubego grubej warstwy szkła ta analogia właśnie, która nam przyszła do głowy. To soczewką frenela, która może być cienka, ale jednocześnie jeśli tą samą funkcjonalność my tutaj. Może by tak skokowo zmieniać tą efektywną grubość naszego modulatora, sterując odpowiednio takim skokowym sygnałem napięciowym.
Co trafia do takiej soczewki, a co albo jak zmienione wylatuje z niej z drugiej strony i leci tym drugim światłowodem z drugiego końca pudełeczka?
Zatem wchodzi do moduulatora pojedynczy Foton impuls pojedyncze powiedzieć fotonnowy, który jest krótki w czasie. Natomiast wychodzi nam również pojedyncz Foton, dokładnie ten sam, ale już jest wydłużony, który ma mniej kolorów w sobie i osiągamy to za pomocą właśnie tego mudlatora, przykładając odpowiednio zmienne napięcie w czasie do tego kryształu. Tutaj modulatora naszego w związku, z czym bardzo ważne jest to, że do naszego urządzenia wchodzi pojedynczy Foton, który może np. nienieść informacje kwantową i wychodzi również pojedynczy fo to, który też może dalej tą informacje KW kwotową nieść, natomiast jest kompatybilne z kolejnymi urządzeniami, które byśmy chcieli użyć w kommktorze fotowni.
Ok, czyli my mówimy, tu o rzeczywiście pojedynczych fotonach, tak, bo no to jest jakby można być najmniejsza porcja światła, jaką możemy przesłać, czyli to nie jest tak, że mamy jakąś wiązkę tych fo TOK sobie latarkę laser cokolwiek to tych fotnów tam jest bez zwikiku, a tu strzeliwujemy 1 Foton i z drugiej strony wylatuje i to jest rzeczywiście ten 1 jedyny możemy na pojedynczym pracować tak okej, czyli i potem on leci sobie samotnie tym światłowodem.
No i właśnie, dokąd może dolecieć jak daleko w tej chwili ten pojedynczy fotom może zostać przed przesłałany?
No tak niestety propagacja światłowodzie przemieszczanie się foą przez światłowó. To to są straty także powiedziałbym, że to jest, żeby jakieś jakieś takie pewno państwo 10% było, że nam Foton przeleci, no to kilkadziesiąt kilometrów później chciałoby się wzmocnić nasze fotony, ale, ale nie można.
W nich można, dlaczego.
Stracilibyśmy informacje kwantowe, byśmy zamienili nasz kubi w BiT klasyczny można by powiedzieć?
To znaczy, że ten internet kwantowy będzie nam działał na odległość kilkunastu czy kilkudziesięciu kilometrów, o potem do widzenia koniec zabawy?
Mam nadzieję, że nie trwają prace nad tym, żeby, żeby tak nie było m.in. prace nad tzw. powtarza powtarzaczami kwantowymi urządzeniami, które, wykorzystując splątanie kwantowe, pozwoliłyby przesyłać fotony na większe odległości. I żeby takie urządzenie zbudować, to właśnie fotony do niego wpadające, muszą mieć odpowiedni czas trwania odpowiedni zakres kolorów w sobie i nasz konwerter, który zbudaliśmy właśnie może pomóc wydajnie wczytywać fotony do takiego urządzenia.
No i jaka jest przyszłość tego wynalazku tej koncepcji, czy powstanie kwantowa sieć internetowa, do jakich zastosowań?
W dalekiej perspektywie. No mamy nadzieję, że będzie to komponent, który będzie pozwalał łączyć elementy komputerów kwantowych i i przesyłać informacje pomiędzy nimi, żeby np. realizować obliczenia kwantowe na na dużą skalę być może też do bezpiecznego przesyłania informacji na duże odległości, wykorzystując kryptografii kwantową ten nasz KON warto się się przyda bliższej perspektywie takiej naukowej. To spodziewamy się, że być może dzięki naszemu konwerterowi będziemy mogli badać i generować splątanie pomiędzy różnymi obiektami kwantowymi, szybciej wydaniej i sprawnie i tak w Polsce też trwają prace nad przymiarkami do sieci kwantowej są takie projekty.
To ja jużko na koniec, bo wówczas nam ucieka, powiem, że panów praca znaczy nie tylko panów, ale całego zespołu została właśnie opublikowana. Dosłownie kilka dni temu wneger fotoniks, także tam jest znajdą państwo link do tej pracy na Facebooku kreizy nauki w zajawce dzisiejszej rozmowy także tam będzie można sobie dotrzeć, jeżeli kogoś interesują szczegóły, to będzie mógł to tam przeczytać.
A za dzisiejszą rozmowę dziękujemy naszym gościom dr. Michałowi Karpińskiemu oraz dr. Filipowi sośnickiemu, obaj są z laboratorium fotoniki kwantowej wydziału fizyki, Uniwersytetu Warszawskiego.
Bardzo dziękujemy.
Dziękuję bardzo.
Państwa zapraszamy, jak zawsze na naszą stronę krezy nauka PL co tydzień na naszą audycję? No teraz czas na informacje Radia tokf. Zwiń «

Tworzenie kwantowego internetu

AUTOMATYCZNA TRANSKRYPCJA PODCASTU

PODCASTY AUDYCJI: HOMO SCIENCE

POSŁUCHAJ RÓWNIEŻ

DOSTĘP PREMIUM

SERWIS INFORMACYJNY

Wydanie z godziny 22:00

Najnowsze Podcasty

Test: Hyundai Kona

Państwo kontra opozycja

Ile nóg pójdzie Marszem Miliona Serc?

Gabinet cieni: wizytówka Michała Koboski

TOK FM

Polecamy

Popularne

GOŚCIE TOK FM

Gazeta.pl

WYBORCZA.PL