W tym artykule przeczytasz o:

• fundamentach kwantowego przetwarzania sygnału i jego rewolucyjnym potencjale
• szczegółowych badaniach prowadzonych przez polski zespół naukowców
• współpracy z Uniwersytetem Oksfordzkim w dziedzinie technologii kwantowych
• praktycznych zastosowaniach w komunikacji międzyplanetarnej i sieciach światłowodowych
• globalnych perspektywach rozwoju technologii kwantowych
• przełomowych rozwiązaniach w dziedzinie czujników kwantowych

Kwantowa rewolucja w przetwarzaniu informacji

Centrum Optycznych Technologii Kwantowych Uniwersytetu Warszawskiego rozpoczęło przełomowy projekt badawczy, otrzymując wsparcie w wysokości 30 mln zł z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG).

• Projekt, realizowany we współpracy z Uniwersytetem Oksfordzkim, koncentruje się na badaniu zjawisk superpozycji i splątania w układach optycznych, otwierając nowe możliwości w dziedzinie komunikacji kwantowej.

Od klasycznego do kwantowego: fundamentalna zmiana w przetwarzaniu sygnałów

Dr hab. Michał Parniak-Niedojadło, lider grupy badawczej, wyjaśnia fundamentalną różnicę między klasycznym a kwantowym przetwarzaniem sygnału.

• Podczas gdy tradycyjne metody opierają się na bitach zero-jedynkowych i silnych impulsach laserowych, kwantowe przetwarzanie wykorzystuje pojedyncze fotony niosące kubity - jednostki informacji kwantowej, które mogą przyjmować wartości z całej sfery możliwości.

Karol Łukanowski, fizyk z zespołu badawczego, przedstawia tę ewolucję poprzez fascynującą analogię do rozwoju fotografii.

• Od czarno-białych zdjęć, rejestrujących jedynie natężenie światła, przeszliśmy do fotografii kolorowej, wykorzystującej informację o długości fali. Teraz naukowcy odkrywają kolejne stopnie swobody w kwantowej naturze światła, co otwiera nowe możliwości kodowania i precyzyjnego odczytywania informacji.

Praktyczne zastosowania: od kosmosu po światłowody

Badania prowadzone przez warszawski zespół mają szeroki zakres praktycznych zastosowań. W szczególności koncentrują się na:

• Komunikacji międzyplanetarnej - technologia kwantowa pozwoli na przesyłanie sygnałów przez ekstremalne odległości i warstwy atmosfery

• Optymalizacji łączy światłowodowych - rozwiązanie problemu przeciążenia międzykontynentalnych sieci położonych na dnie oceanu

• Zwiększeniu rozdzielczości obrazowania kosmosu - umożliwienie głębszego wglądu w przestrzeń kosmiczną

• Rozwoju czujników kwantowych - zwiększenie precyzji pomiarów pól magnetycznych i grawitacyjnych

• Implementacji optycznej komputerów kwantowych - przyspieszenie specjalistycznych obliczeń

Wyzwania techniczne i innowacyjne rozwiązania

Jednym z kluczowych aspektów projektu jest praca nad filtrowaniem sygnału optycznego. Zespół koncentruje się na skutecznym oddzielaniu sygnału od szumu, co ma fundamentalne znaczenie dla:

• Wzmacniania sygnałów kwantowych
• Poprawy jakości odbioru
• Zwiększenia efektywności komunikacji w warunkach ekstremalnych
• Optymalizacji przesyłu danych w sieciach światłowodowych

Globalne perspektywy rozwoju

Znaczenie badań prowadzonych przez polski zespół potwierdza dynamiczny rozwój globalnego rynku technologii kwantowych. Według analiz Zion Market Research, sektor ten:

• Osiągnął wartość 875 mln dolarów w 2022 roku
• Prognozowany jest wzrost do 4,3 mld dolarów do końca dekady
• Wykazuje rosnące zainteresowanie ze strony sektora przemysłowego i kosmicznego

Technologia kwantowa w pigułce

Na czym polega przewaga kwantowego przetwarzania sygnału nad klasycznym?

Kwantowe przetwarzanie wykorzystuje pełnię informacji zawartej w pojedynczych fotonach i kubitach, podczas gdy metody klasyczne ograniczają się do podstawowych stanów zero-jedynkowych.

Jak technologia kwantowa wpłynie na komunikację międzyplanetarną?

Umożliwi skuteczną transmisję danych na ogromne odległości, pokonując problemy związane z tłumieniem sygnału przez atmosferę i przestrzeń kosmiczną.

Jakie są główne wyzwania w rozwoju tej technologii?

Kluczowym wyzwaniem jest skuteczne filtrowanie sygnału optycznego i zachowanie stabilności stanów kwantowych w różnych warunkach środowiskowych.

To warto zapamiętać

• Polski zespół badawczy, współpracujący z Uniwersytetem Oksfordzkim, znajduje się w światowej czołówce badań nad kwantowym przetwarzaniem sygnału

• Technologia wykorzystuje pojedyncze fotony i kubity do kodowania informacji, co stanowi fundamentalną zmianę w porównaniu z metodami klasycznymi

• Praktyczne zastosowania obejmują komunikację międzyplanetarną, optymalizację sieci światłowodowych i rozwój czujników kwantowych

• Projekt otrzymał znaczące wsparcie finansowe (30 mln zł) z funduszy europejskich

• Przewidywany jest dynamiczny wzrost rynku technologii kwantowych w najbliższych latach

Źródło: Newseria

Ilustracja: DALL-E