Ljubljana, FMF.
Javna demonstracija kvantne prepletenosti oz. kršitve Bellovih neenakosti s prepletenimi fotoni, ki jo ob mednarodnem letu kvantne znanosti in tehnologije ob 100-letnici začetkov kvantne mehanike pripravlja Fakulteta za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani.
Foto: Bor Slana/STA

Naravoslovje in tehnika

V Sloveniji danes prvič javno demonstrirali kvantno prepletenost

Ljubljana, 16. aprila - Na ljubljanski Fakulteti za matematiko in fiziko so prvič v Sloveniji javno demonstrirali kvantno prepletenost. Gre za pojav, ki je ključen za varno kvantno komunikacijo, ki omogoča prenos podatkov brez možnosti prestrezanja. Dogodek je potekal v okviru projekta SiQUID, s katerim gradijo prvo slovensko demonstracijsko omrežje za kvantno šifriranje.

Ljubljana, FMF. Javna demonstracija kvantne prepletenosti oz. kršitve Bellovih neenakosti s prepletenimi fotoni, ki jo ob mednarodnem letu kvantne znanosti in tehnologije ob 100-letnici začetkov kvantne mehanike pripravlja Fakulteta za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. Foto: Bor Slana/STA



Generalna skupščina Združenih narodov je leto 2025 razglasila za mednarodno leto kvantne znanosti in tehnologije, saj letos poteka 100 let od odkritja kvantne mehanike. Ta mejnik so danes obeležili tudi na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, kjer so v okviru konzorcija SiQUID v Sloveniji prvič javno demonstrirali kvantno prepletenost oz. kršitve Bellovih neenakosti s prepletenimi osnovnimi delci svetlobe - fotoni.

Kot so pojasnili na fakulteti, gre za sodobno ponovitev zgodovinskega eksperimenta, ki pokaže, da je kvantno mehanski opis sveta pravilen. "Na demonstraciji smo ustvarili kvantno prepletena stanja iz fotonov in z eksperimentom pokazali, da kvantna mehanika velja tudi v primerih, kjer napovedi odstopajo od zakonitosti, ki jih poznamo iz klasične fizike," je pojasnila raziskovalka v Laboratoriju za kvantno optiko na fakulteti Lara Ulčakar.

Kvantno prepletenost je že leta 1935 s sodelavci opazil Albert Einstein. Gre za nenavaden pojav v kvantni mehaniki, pri katerem sta dva delca tako povezana, da stanje enega neposredno vpliva na stanje drugega, ne glede na razdaljo med njima. Pojav so imenovali tudi "strašljivo delovanje na daljavo".

Mnogi fiziki so se spraševali, ali je takšno delovanje zares mogoče, nekateri so celo podvomili v same temelje kvantne mehanike. V 60. letih je fizik John Bell predlagal eksperimente, ki bi to preverili, vendar jih do 80. let zaradi tehničnih izzivov niso mogli izvesti. John F. Clauser in Alain Aspect sta nato neodvisno izvedla poskuse, ki so potrdili, da meritev lastnosti enega prepletenega delca svetlobe, fotona, določa lastnosti drugega, ne glede na razdaljo med njima. Za ta prelomna dela sta leta 2022 prejela Nobelovo nagrado za fiziko.

Kot je pojasnil profesor na fakulteti Anton Ramšak, je uporaba kvantne prepletenosti danes temeljna za delovanje kvantnih računalnikov, ki omogočajo eksponentno hitrejše reševanje nekaterih problemov, tudi tistih, ki jih klasični računalniki ne morejo rešiti. Prav tako pa je kvantna prepletenost ključna za kvantno komunikacijo, saj omogoča izredno varno prenašanje podatkov z uporabo t. i. kvantne distribucije ključev.

"Pri kvantni izmenjavi ključa geslo prenašamo tako, da ustvarimo par prepletenih fotonov in ju pošljemo v nasprotni smeri do obeh uporabnikov. Ker sta fotona kvantno prepletena, sta njuni stanji med seboj povezani. Ključ take komunikacije ni mogoče prestreči, saj kvantnega stanja ni mogoče kopirati. To prepoveduje temeljno pravilo kvantne fizike. V posebni napravi prepletena fotona ustvarijo z naključno določenim stanjem, ki ga nihče vnaprej ne pozna. Uporabnika nato ključ prejmeta neposredno prek optičnega omrežja, brez posredovanja tretje osebe, kar zagotavlja najvišjo stopnjo varnosti," je obrazložil Ramšak.

V okviru evropsko financiranega projekta SiQUID slovenski raziskovalci razvijajo prvo slovensko mrežo za kvantno komunikacijo med več vladnimi vozlišči v Sloveniji. Štiri milijone in pol evrov vredni projekt koordinira Fakulteta za matematiko in fiziko UL, v njem pa sodelujejo še Institut Jožef Stefan, podjetje Beyond Semiconductor in vladna urada za informacijsko varnost ter za varovanje tajnih podatkov.