Квантовый интернет: исследователи нашли способ поддерживать запутанность фотонов в сети
Перед нами квантовый интернет, обещающий невиданный уровень безопасности, и становится ясно, что его реализация становится все более близкой к реальности. Недавние исследования продвинулись в области поддержания квантовой запутанности, что может привести к появлению первого квантового ретранслятора, ключевого элемента квантовых сетей.
Квантовая запутанность, также известная как квантовое сцепление, является специальным типом связи, позволяющим частицам оставаться взаимосвязанными, так что изменение состояния одной немедленно отражается на другой, независимо от расстояния между ними. Это явление лежит в основе квантового интернета, который сейчас активно исследуется. Одной из важных задач создания такой сети является разработка квантового ретранслятора, который нужен для сохранения целостности передаваемой информации.
В обычных сетях сигналы на большие расстояния нужно усиливать регулярно, чтобы преодолеть потери при передаче. В квантовой сети такой процесс усиления разрушает квантовое состояние частиц. И здесь на помощь приходит квантовый ретранслятор. Но до недавнего времени не удавалось разработать даже теоретическую модель такого устройства. Однако в двух недавних исследованиях, опубликованных в Nature, были предложены реалистичные архитектуры таких устройств.
Квантовые ретрансляторы предполагается использовать как промежуточные устройства между станциями квантовых сетей. Они выполняют ряд функций, начиная с приема квантовых сигналов (обычно фотонов, действующих как квантовые биты), затем временного хранения информации в квантовой памяти, сохраняющей состояние битов во время передачи. Ретранслятор отвечает также за улучшение качества сигнала и обнаружение попыток взлома, после чего передает сигналы на следующую станцию.
Последние достижения значительно улучшили этап хранения квантовой информации. Хотя время хранения все еще короткое, эти успехи являются еще одним шагом к созданию квантовых ретрансляторов.
В одном из недавних исследований, проведенном в Гарварде, была построена экспериментальная квантовая сеть с двумя узлами, соединенными оптическим волокном на расстоянии 35 километров. В каждом узле был установлен алмаз с атомной пустотой для хранения квантовых состояний. В эксперименте один узел генерировал фотоны, которые затем передавались в другой узел, где взаимодействовали с другим алмазом, поддерживая их в состоянии запутанности в течение секунды.
В другом исследовании, проведенном в Университете науки и техники Китая, использовались облака сверхохлажденных атомов рубидия вместо алмазов. Ученые смогли сохранять квантовую запутанность в течение 100 микросекунд, синхронизируя частоты фотонов в центральном узле для оптимизации всей сети.