Τσιπ που αποθηκεύει το φως για απειροελάχιστο χρόνο φέρνει πιο κοντά τους οπτικούς κομπιούτερ

Πηγή: Economist, 5 Απριλίου 2009

Ένα τσιπ που μπορεί να φυλάσσει το φως, έστω για ένα μικροδευτερόλεπτο μόνο, θα μπορούσε να είναι ένα σημαντικό βήμα για τους αστραπιαίους υπερταχείς οπτικούς υπολογιστές.

Το φως είναι το ταχύτερα πράγμα στο σύμπαν. Αυτό το καθιστά ιδανικό για τη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις. Πράγματι, πολλές από τις πληροφορίες που ρέουν μέσω του διαδικτύου ταξιδεύουν με τη μορφή παλμών φωτός μέσω οπτικών ινών. Όταν όμως το φως φθάσει στο τέλος της οπτικής ίνας, η κατάσταση επιβραδύνεται. Τα δεδομένα θα πρέπει να μετατραπούν σε ηλεκτρικά σήματα που προορίζονται για επεξεργασία και στη συνέχεια μετατρέπονται πάλι σε φως, εάν πρέπει να αποσταλεί σε άλλη διαδρομή και πάλι. Αυτό φυσικά αυξάνει το κόστος και την πολυπλοκότητα. Εάν θα μπορούσε να βρεθεί ένας τρόπος για να εξαλειφθεί η ανάγκη για τις μετατροπές αυτές, θα είχαν απλοποιηθεί τα πράγματα και θα τα επιτάχυνε. Επίσης, θα βοηθούσε να τεθούν οι βάσεις για μια νέα μορφή της πληροφορικής, με κβαντικά μπιτς, ή qubits.

Ο κύριος λόγος που δεν έχουν κατασκευαστεί ακόμα οπτικά δίκτυα και κομπιούτερ με φως είναι ότι η ταχύτητα του φωτός είναι μη διαπραγματεύσιμη. Ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να επιταχυνθεί, να επιβραδυνθεί ή ακόμη και σταματήσει. Ένα φωτόνιο δεν μπορεί τόσο εύκολα να γίνει σαν το ηλεκτρόνιο. Για να δημιουργήσετε μια μνήμη, όμως, τα πράγματα πρέπει να αποθηκευτούν. Εξ ου και η ανάγκη που υπάρχει ότι για τη μεταφορά δεδομένων από φωτόνια σε ηλεκτρόνια πρέπει να κτιστούν τέτοιες μνήμες.

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Nature από τον Nicolas Gisin του Πανεπιστημίου της Γενεύης μπορεί να προσφέρει μια τέτοια διέξοδο. Ο Gisin και η ομάδα του έχουν δημιουργήσει ένα τσιπ υπολογιστών που μπορεί να κρατήσει φωτόνια για μικροδευτερόλεπτα. Αυτό μπορεί να μην ακούγεται και πολύ, αλλά ένα φωτόνιο συνήθως ταξιδεύει 300 μέτρα στο εν λόγω χρονικό διάστημα. Το πιο σημαντικό όμως είναι ότι είναι αρκετά μεγάλος χρόνος ώστε να επιτρέπει να γίνονται ορισμένοι χρήσιμοι υπολογισμοί.

Nicolas Gisin: Μπορεί ακόμα να μην έχει φτιάξει το Star Trek, αλλά έφερε πιο κοντά την έννοια της 'διακτίνησης' στο εργαστήριο. Η έρευνα για τηλεμεταφορά κωδικοποιημένων πληροφοριών με φωτόνια μπορεί να κάνει πράξη τους υπερταχείς υπολογιστές καθώς και το απόρρητο της επικοινωνίας

Αυτό που έχει δημιουργήσει ο Δρ Gisin στην πραγματικότητα δεν επιβραδύνει το φως, αλλά έχει δημιουργήσει ένα θάλαμο από σπάνια μέταλλα (νεοδύμιο, ύττριο, βανάδιο που ενώνονται με οξυγόνο) στο εσωτερικό του οποίου περιορίζεται το φως από ένα λέιζερ, ανακλώμενο στα "τοιχώματά" του (ανάμεσα στο νεοδύμιο και στο ύττριο βανάδιο). Βασικά αυτή η αναπήδηση του φωτός στα "τοιχώματα" του θαλάμου δεν καταργεί το φαινόμενο της "κβαντικής διεμπλοκής", κατά το οποίο δύο φωτόνια, αν και σε απόσταση μεταξύ τους, βρίσκονται σε ένα είδος αλληλοεπίδρασης, καθώς αν αλλάξει η κατάσταση του σπιν του ενός, αλλάζει και το σπιν του άλλου.

Η διεμπλοκή σημαίνει ότι μπορεί να φτιαχτούν ομάδες φωτονίων για να κάνουν ένα μεγάλο αριθμό παράλληλων υπολογισμών. Οι λεγόμενοι κβαντικοί υπολογιστές που βασίζονται σε αυτό το φαινόμενο θα εκτινάξουν πολύ υψηλά την ταχύτητα που δουλεύουν οι σημερινές μηχανές. Η διεμπλοκή  υπόσχεται επίσης το απαραβίαστο της κρυπτογραφίας, αφού αν παρακολουθεί ένας 'ωτακουστής' το μήνυμα που μεταφέρεται με φωτόνια πεπλεγμένα, τότε αυτόματα θα πάψει να υπάρχει η διεμπλοκή των φωτονίων άρα και το μήνυμα.

Ακόμη καλύτερα, ο Gisin έχει καταφέρει όχι μόνο να εκτελέσει αυτό το κόλπο σε ένα στερεό, αλλά να το εκτελέσει στη θερμοκρασία τρεις βαθμούς πάνω από απόλυτο μηδέν. Οι προηγούμενες οπτικές παγίδες, όπως είναι γνωστές οι συσκευές αυτές, έχουν χρησιμοποιήσει αέρια, και γι αυτό έπρεπε να ψυχθούν σε λίγα χιλιοστά του ενός βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Σε σύγκριση με τους 3 βαθμούς Κέλβιν είναι ένας θρίαμβος.

Τέλος, πέρυσι ο Gisin και άλλοι τρεις ερευνητές από το ίδιο πανεπιστήμιο απέδειξαν πειραματικά ότι δύο σωματίδια μπορούν να επικοινωνήσουν σχεδόν αυτόματα, αν και απέχουν μεγάλες αποστάσεις, αποδεικνύοντας ένα από τα βασικά αξιώματα της κβαντομηχανικής. Η ερευνητική ομάδα διαχώρισε δύο φωτόνια, που προηγουμένως ήσαν κβαντικά "πεπλεγμένα", και τα έστειλε, δια μέσου δύο διαφορετικών καλωδίων οπτικών ινών, σε δύο ελβετικά χωριά που απείχαν 18 χλμ. μεταξύ τους. Όπως αποδείχτηκε, η όποια αλλαγή (π.χ. στο χρώμα) συνέβαινε στο ένα φωτόνιο, χωρίς χρονική υστέρηση συνέβαινε και στο άλλο, παρόλο που απείχαν τόσα χιλιόμετρα.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς, ό,τι κι αν ήταν αυτό που επηρέαζε τα φωτόνια ταυτόχρονα, ταξίδευε με ταχύτητα τουλάχιστον 10.000 φορές πιο γρήγορα από το φως. Συνεπώς, ο Αϊνστάιν είχε άδικο που θεωρούσε ότι τίποτε δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως. Η σχετική επιστημονική εργασία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό "Nature" και προκάλεσε αίσθηση στην επιστημονική κοινότητα.