Tegoroczny Nobel z fizyki przypadł Johnowi Clarke’owi, Michelowi H. Devoretowi i Johnowi M. Martinisowi - za odkrycie makroskopowego tunelowania kwantowo-mechanicznego oraz kwantyzacji energii w obwodzie elektrycznym. To przełomowe badania, które po raz pierwszy wykazały możliwość obserwacji efektów kwantowych w układach makroskopowych – wystarczająco dużych, by można je było dosłownie trzymać w dłoni. Wyniki ich prac stały się fundamentem rozwoju komputerów kwantowych, kryptografii kwantowej oraz czujników kwantowych o ultrawysokiej czułości.

- Osiągnięcia tegorocznych noblistów potwierdzają, że badania nad kontrolą i zastosowaniem efektów kwantowych stanowią jeden z kluczowych kierunków współczesnej nauki – zarówno w wymiarze poznawczym, jak i technologicznym. WAT aktywnie uczestniczy w tym rozwoju, łącząc fizykę kwantową z inżynierią i bezpieczeństwem informacyjnym, czyli obszarami o strategicznym znaczeniu dla państwa – powiedział PAP płk dr hab. inż. Marek Życzkowski, prof. WAT z Instytutu Optoelektroniki.

Jak przypomniał, w Wojskowej Akademii Technicznej prowadzone są badania ściśle związane z tym nurtem fizyki współczesnej. Zespół Zakładu Inżynierii Kwantowej Instytutu Optoelektroniki rozwija technologie z zakresu kryptografii kwantowej oraz komputera kwantowego na bazie pułapki jonowej, a także analizuje możliwości ich wykorzystania w systemach komunikacji i zabezpieczeń o znaczeniu strategicznym.

Prof. dr hab. inż. Andrzej Walczak z Wydziału Cybernetyki WAT wyjaśnił, że prace Johna Clarke’a, Johna M. Martinisa i Michela H. Devoreta odegrały kluczową rolę w rozwoju technologii nadprzewodzących obwodów kwantowych, które są fundamentem dla generowania i kontrolowania stanów splątanych w komputerach kwantowych. Ich kluczowe osiągnięcia to makroskopowe tunelowanie kwantowe, złącza Josephsona i nadprzewodzące kubity oraz kontrola poziomów energetycznych.

- Laureaci Nobla zademonstrowali, że zjawiska typowe dla mechaniki kwantowej – jak tunelowanie – mogą występować w układach makroskopowych, np. w obwodach elektrycznych zbudowanych z nadprzewodników. To otworzyło drogę do tworzenia kubitów w skali możliwej do praktycznego wykorzystania – wyjaśnił prof. Walczak.

Eksperymenty wykorzystywały tzw. złącza Josephsona – struktury, które pozwalają na kontrolowane przepływy prądu bez oporu elektrycznego. W takich złączach możliwe jest tworzenie stanów kwantowych materii, tzw. kubitów, które mogą znajdować się w superpozycji i mogą być splątane z innymi kubitami.

- Noblistom udało się wykazać kwantyzację energii w obwodach elektrycznych, co pozwala na precyzyjne sterowanie stanami kubitów – warunek konieczny do generowania splątania. Jest to istotny krok w konstruowaniu komputerów kwantowych – zaznaczył prof. Walczak.

Ekspert Wydziału Cybernetyki WAT podkreślił, że stany splątane stanowią również istotny element konstruowania kwantowego klucza szyfrującego w protokole zbudowanym przez naszego rodaka - profesora Artura Ekerta. Od jego nazwiska ten rodzaj kodowania nazwano E92. Zasady tworzenia tego klucza zostały opisane w Physical Review Letters (https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.1293).

- Rozwijanie technik telekomunikacji kwantowej i kwantowego klucza szyfrującego jest podstawą współczesnego rozwoju cyberbezpieczeństwa. Techniki tworzenia takiego klucza opierają się także na innych zjawiskach kwantowych. Niektóre z nich wykorzystano w projekcie OptoKrypt z wiodącym udziałem specjalistów z WAT. Prace badawcze WAT obecnie nie wykorzystują stanów splatanych, ale zmierzamy w tym kierunku – podsumował prof. Andrzej Walczak.

Eksperci zaznaczyli, że równolegle intensywne badania w dziedzinie technologii kwantowych prowadzą również inne ośrodki naukowe w Polsce, m.in. Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet Jagielloński, Politechnika Warszawska i Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu. Ośrodki te realizują prace dotyczące komunikacji kwantowej, pamięci kwantowych, nadprzewodzących kubitów oraz fundamentalnych testów mechaniki kwantowej.

Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk (PAP)

kol/ bar/