Ученые впервые в мире смогли произвести, сохранить и извлечь квантовую информацию
Исследователи впервые смогли произвести, сохранить и извлечь квантовую информацию, что является ключевым шагом на пути к созданию квантовых сетей. Эти сети представляют собой основу для распределенных вычислений и защищенной связи, поскольку обмен квантовой информацией играет центральную роль в их функционировании.
Квантовые вычисления обещают революционизировать несколько областей, включая:
Оптимизацию финансовых рисков
Расшифровку данных
Разработку молекул
Исследование свойств материалов
«Мы очень рады, что стали первыми, кто демонстрирует взаимодействие двух ключевых устройств, что является важным шагом в создании квантовых сетей», — заявила доктор Сара Томас.
Основной проблемой в разработке таких сетей является потеря квантовой информации при передаче на большие расстояния. Один из подходов к решению этой проблемы — разбиение сети на меньшие сегменты, которые связаны общим квантовым состоянием.
Важным элементом является квантовое запоминающее устройство, которое необходимо для хранения и извлечения квантовой информации. Это устройство должно взаимодействовать с другим устройством, генерирующим квантовую информацию. Впервые исследователям удалось создать систему, объединяющую оба компонента и использующую стандартное оптическое волокно для передачи квантовых данных.
Прорыв был достигнут благодаря совместным усилиям исследователей из Имперского колледжа Лондона, Университета Саутгемптона, а также университетов Штутгарта и Вюрцбурга в Германии. «Соединение удаленных объектов и квантовых компьютеров является ключевой задачей для будущих квантовых сетей», — отметил соавтор исследования Лукас Вагнер из Университета Штутгарта.
В обычных телекоммуникационных системах используются ретрансляторы для усиления сигналов на больших расстояниях, но квантовая информация уничтожается при попытке чтения или копирования, что исключает возможность прослушивания без заметных следов. Это делает невозможным использование традиционных методов ретрансляции в квантовых сетях.
Решение предполагает обмен квантовой информацией с использованием запутанных фотонов, которые сохраняют связь на расстоянии. Для этого необходимы устройства для создания запутанных фотонов и их хранения.
Достижение согласования между устройствами для создания и хранения фотонов, работающими на одной длине волны, было критически важно. Команда разработала систему, где "квантовая точка" генерировала фотоны, передаваемые в квантовую память на атомах рубидия. Это позволило использовать лазер для управления сохранением и высвобождением фотонов по требованию.
Этот прорыв позволяет использовать квантовые системы в существующих телекоммуникационных инфраструктурах, значительно расширяя возможности квантовых технологий. В дальнейшем исследователи планируют улучшить систему, увеличив время хранения фотонов и уменьшая размер устройств.
«Долгое время сообщество стремилось к такому прорыву, и мы, после нескольких попыток за последние пять лет, наконец доказали возможность такого взаимодействия», — подчеркнул доктор Патрик Ледингем, соавтор исследования.
Дополнительные достижения в квантовой физике показали, что квантовые вычисления могут проводиться при комнатной температуре, что открывает новые перспективы для развития квантовых технологий, освобождая их от необходимости использовать объемное и дорогостоящее охлаждающее оборудование для поддержания когерентности частиц.